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Automacao industrial vi

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  • 1. Automação Industrial 4a edição Marco Antônio Ribeiro
  • 2. Automação Industrial 4a edição Marco Antônio Ribeiro Dedicado a Ivan Alfredo Ivanovs, meu sócio, meu amigo e que conhece mais do queeu este assunto Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se claramente ede modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo quenão entende muito bem o assunto em questão ou então, que tem razão para evitar falarclaramente (Rosa Luxemburg) © 1997, 1998, 1999, Tek Treinamento & Consultoria Ltda Salvador, Outono 1999 1.1
  • 3. Prefácio O presente trabalho foi escrito como suporte de um curso ministrado a engenheiros e técnicos ligados, dealgum modo à automação industrial. Ele enfoca os aspectos de equipamentos e programas associados àautomação. O trabalho é dividido basicamente em três grandes assuntos: Fundamentos Tecnologias Controle e Alarme do Processo Na primeira parte, é apresentado o capítulo de Automação. A seguir são vistos as definições, símbolos ecaracterísticas de chaves manuais e automáticas, relés e solenóides, temporizadores, contadores e dispositivosde segurança, no capítulo Componentes Eletromecânicos. O terceiro capítulo, Símbolos Lógicos, baseia-sena norma ISA S5.2 e são apresentados os símbolos, equações, circuitos e conceitos básicos das portas lógicas.Encerrando esta primeira parte, são apresentados os componentes, desenvolvimento e análise daProgramação de Sistemas Digitais, baseada na norma IEC 1131-1. São vistas as duas programaçõesgráficas: o Diagrama Ladder, representação básica para circuitos de automação com relés e de ControladorLógico Programável e o Diagrama de Blocos de Função, que são atualmente aplicados em sistemas onde odiagrama ladder é pobre e insuficiente. Na segunda parte do trabalho e no capítulo de Tecnologias são apresentados os principais conceitosrelacionados com a Instrumentação Inteligente, incluindo controladores single loop e transmissores digitais emostrando as características da instrumentação virtual ou de software. No capítulo sobre Computador noProcesso, são apresentadas as aplicações comuns do computador na automação, incluindo configuraçõesclássicas, como a arquitetura do Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD). No próximo capítulo, sãoapresentados os conceitos, diagrama de blocos, componentes do Controlador Lógico Programável (CLP),sistema básico para realizar a automação de processos. É apresentada a filosofia do Controle Supervisório eAquisição de Dados (SCADA). Finalmente, é apresentado o capítulo de Integração de Sistemas, dandoênfase aos conceitos de redes de computadores protocolos, interfaces, comunicação de dados e Base deDados, que é o capitulo final da seção. Na terceira parte do trabalho, há o capítulo de Controle de Processo, onde são apresentados os conceitosbásicos do controle convencional analógico, baseado no algoritmo PID e na estratégia de realimentaçãonegativa e os conceitos de Controle Lógico, onde são mostradas as diferenças entre este e o controle contínuo.É apresentado um capítulo sobre Controle Batelada, que possui conceitos próprios e onde a automação émuito aplicada. Há ainda o capítulo de Alarme e Intertravamento de Processo e outro capítulo sobreAnunciador de Alarme. Finalmente, há um capítulo sobre Operação de Processo. O trabalho está continuamente sendo revisto, quando são melhorados os desenhos, editadas figurasmelhores, atribuídos os créditos a todas as fotografias usadas e alterada a terminologia para atender as revisõesde normas aplicáveis. Sugestões e críticas destrutivas são benvidas, no endereço do autor: Rua Carmen Miranda 52, A 903, CEP41820-230, Fone (0xx71) 452-3195 e Fax (0xx71) 452-3058, celular (071) 9989-9531 e ou no e-mail:marcotek@uol.com.br. Marco Antônio Ribeiro Salvador, BA, outono 2001 1.2
  • 4. Autor Marco Antônio Ribeiro nasceu em Araxá, MG, no dia 27 de maio de 1943.Formou-se pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em EngenhariaEletrônica, em 1969. Entre 1973 e 1986, trabalhou na Foxboro, onde fez vários cursos nos EstadosUnidos (Foxboro, MA e Houston, TX) e em Buenos Aires, Argentina. * Desde 1987, dirige a Tek ( )Treinamento e Consultoria Ltda., firma pequeníssimavoltada para treinamento na área de Instrumentação, Controle de Processo, Mediçãode Vazão, Cálculo de Incerteza na Medição, Metrologia Industrial, InstalaçõesElétricas em Áreas Classificadas. É certamente difícil ser um especialistacompetente em numerosos assuntos tão ecléticos, porém ele se esforçacontinuamente em sê-lo. Gosta de xadrez, corrida, fotografia, música de Beethoven, leitura, trabalho, curtiros filhos e a vida. Já correu três maratonas, a melhor em 3 h 13 m 11 s e a pior em 3 h, 28 m 30 s.Diariamente corre entre 8 e 12 km, às margens do oceano Atlântico. Semanalmenteparticipa de torneios de xadrez relâmpago e nas horas de taxa telefônica reduzida,joga xadrez através da Internet. Possivelmente, é o melhor jogador de xadrez entreos corredores e o melhor corredor entre os jogadores de xadrez, o que realmentenão é grande coisa e também não contribui nada para a Automação Industrial.*( ) Tekinfim (Tek) foi seu apelido no ITA, pois só conseguiu entrar lá na terceira tentativa. Mas o que conta é queentrou e saiu engenheiro. O que foi um grande feito para um bóia fria do interior de Minas Gerais. 1.3
  • 5. Automação Industrial Conteúdo Prefácio Autor FUNDAMENTOS Automação 3. Chaves Automáticas 5 3.1. Pressostato 51. Automação 1 3.2. Termostato 61.1. Conceito 1 3.3. Chave de Vazão 61.2. Automação e mão de obra 1 3.4. Chave de Nível 71.3. Automação e controle 2 3.5. Chave limite 71.4. Automação e eletrônica 2 4. Solenóide 82. Graus de Automação 3 4.1. Conceito 82.1. Ferramentas manuais 3 4.2. Seleção 82.2. Ferramentas acionadas 3 4.3. Tipos 92.3. Quantificação da energia 3 5. Relés 102.4. Controle programado 32.5. Controle realimentação negativa4 5.1. Definição e Funções 102.6. Controle da máquina com cálculo4 5.2. Características 102.7. Controle lógico da máquina 4 5.3. Aplicações 112.8. Controle Adaptativo 4 5.4. Tipos de Relés 112.9. Controle indutivo 4 5.5. Seleção de Relés 142.10. Máquina criativa 4 6. Temporizadores 142.11. Aprendendo pela máquina 5 6.1. Atraso para ligar 173. Sistemas de automação 5 6.2. Atraso para desligar 174. Conclusão 6 7. Contadores 18 Componentes Eletromecânicos 7.1. Contagem simples 19 7.2. Dois contadores 19 7.3. Número de peças . 19Objetivos de Ensino 1 8. Proteção de Circuitos 201. Introdução 1 8.1. Fusível 202. Chave 2 8.2. Disjuntor (Circuit Breaker) 222.1. Conceito 22.2. Pólos e Terminais 32.3. Chave Liga-Desliga 32.4. Chave Botoeira 42.5. Chave Seletora 42.6. Critérios de Seleção 5 1.1
  • 6. Automação Industrial 5.5. Diagrama lógico 22 Símbolos e Identificação 5.6. Aplicações das portas 23 6. Conclusão 311. Introdução 12. Aplicações 1 Linguagens de Programação3. Roteiro da identificação 1 1. Introdução 13.1. Geral 1 2. Ferramentas auxiliares 23.2. Número de tag típico 13.3. Identificação funcional 2 3. Linguagens Textuais 103.4. Identificação da malha 2 3.1. Elementos comuns 104. Simbologia de Instrumentos 3 3.2. Lista de Instruções 10 3.3. Linguagem de Texto Estruturado154.1. Parâmetros do Símbolo 34.2. Alimentação dos instrumentos 3 4. Linguagens Gráficas 174.3. Linhas entre os Instrumentos 6 4.1. Elementos comuns 174.4. Balão do Instrumento 65. Malha de controle 13 Diagrama Ladder6. Sistemas completos 13 1. Introdução 17. Referências bibliográficas 16 2. Componentes 1 Símbolos Lógicos 3. Exemplo 1 21. Lógica 1 4. Diagrama errado 21.1. Conceito 1 5. Exemplo 2 31.2. Lógica de relé e programas 1 6. Desenvolvimento 41.3. Lógica Combinatória 11.4. Lógica CLP 1 7. Análise 52. Conceituação e Execução 2 8. Exemplos de Diagrama Ladder8 2.1. Tipos de documentos 2 8.1. Circuito de Alarme de Alta Pressão8 2.2. Documentos conceituais 3 8.2. Controle de Bomba e lâmpadas 9 8.3. Controle seqüencial de 3 motores103. Portas Lógicas 3 8.4. Controle temporizado de motores11 3.1. Porta OR 3 8.5. Controle seqüencial temporizado12 3.2. Porta OR Exclusivo 4 8.6. Controle de velocidade de motores13 3.3. Porta AND 5 8.7. Unidade de Aquecimento de Óleo15 3.4. Porta NOT 5 8.8. Enchimento e Esvaziamento 16 3.5. Porta NAND 6 8.9. Enchimento com Duas Bombas 18 3.6. Porta NOR 6 8.10. Enchimento de garrafa: 19 8.11. Sistema de Esteira 214. Exemplos lógicos 7 8.12. Sistema de Elevador 23 4.1. Circuito retentivo 7 8.13. Enchimento de tanque 26 4.2. Bomba de vácuo 9 8.14. Furadeira 27 4.3. Reator Químico de Batelada95. Cartas de função 9 Diagrama de Blocos de Função 5.1. Desenhos e Palavras 12 1. Definições 5.2. Conceito 12 1 5.3. Documentos de execução 21 5.4. ANSI/ISA S5.2 21 2. Conceitos Básicos 5 1.2
  • 7. Automação Industrial TECNOLOGIAS 2.1. Geral 5 2.2. Combinação de elementos 5 2.3. Ordem da avaliação do circuito5 2.4. Bloco de função 5 Instrumentação Inteligente3. Blocos Funcionais Padrão 7 AIN 7 1. Instrumento microprocessado 1 Aritmética de Adição (ADD) 7 1.1. Conceito de microprocessador 1 Aritmética de Subtração (SUB) 7 1.2. Vantagens do microprocessador 3 Aritmética de Divisão (DIV) 7 1.3. Aplicações 5 Aritmética de Multiplicação (MUL)8 1.4. Conclusões 6 Comparador Diferente de (NE) 8 Comparador Maior ou Igual (GE) 8 2. Controlador inteligente 6 Comparador Menor ou Igual (LE) 8 2.1. Conceito 6 Contador Crescente (CTU) 8 2.2. Características 7 Contador Decrescente (CTD) 8 2.3. Controladores comerciais 8 Contador Crescente e Decrescente9 Conversor DINT_TO_DWORD 9 3. Transmissores inteligentes 11 Conversor DWORD_TO_DINT 9 3.1. Introdução 11 Conversor DINT_TO_REAL 9 3.2. Transmissor smart e inteligente 11 Detector de Borda de Descida 10 3.3. Terminologia 12 Detector de Borda de Subida 10 3.4. Propriedades e características 15 Flip Flop RS (R prioritário) 10 Flip Flop SR (S prioritário) 10 4. Instrumentação virtual 19 Lógica Ou (OR) 10 4.1. Definição 19 Lógica E (AND) 11 4.2. Passado e Tendências Futuras 19 Lógica Mover (MOVE) 11 4.3. Progressão de Normas 20 Lógica Não (NOT) 11 4.4. Partes do Sistema 21 Multiplexador (MUX) 11 PACK16 11 UNPACK16 12 Computador no Processo Seletor de Sinais (SEL) 12 Temporizador (TMR) 12 1. Justificativas 1 Temporizador TOF 12 2. Aplicações típicas 2 Temporizador TON 13 Temporizador TP 13 2.1. Lógica 2 2.2. Controle Avançado 34. Blocos Personalizados 14 2.3. Monitoração de Alta Velocidade3 4.1. Parâmetros dos blocos 14 2.4. Partida e desligamento 4 4.2. Formação de TAG 14 2.5. Otimização do controle 4 4.3. Alarme/Desarme de ALTA 17 3. Configurações 5 4.4. Alarme/Desarme de BAIXA 18 4.5. Alarme/Desarme com By Pass de 3.1. Computador fora da linha 5retorno automático 20 3.2. Computador com entrada em linha5 4.6. Alarme de ALTA com Seleção de 3.3. Computador com entrada e saída emSet Point 21 linha 6 4.7. By Pass de Set Point 23 3.4. Computador centralizado 6 4.8. Contador 24 3.5. Aquisição de dados (data logging)6 4.9. Acionamento de MOV 25 3.6. Controle do ponto de ajuste 8 4.10 Desarme de BAIXA 26 3.7. Controle digital direto (DDC) 11 4.11. Desarme de ALTA 26 4.12. Rastreador de Alta 27 4.13. Rastreador de Baixa 27 4.14. Seletor de By Pass 29 4.15. TR_CALENDAR 29 1.3
  • 8. Automação Industrial 3.4. Módulos de Entrada/Saída (E/S)154. Sistema de controle digital 3.5. Módulos de Comunicação 22distribuído 13 3.6. Tensão, Corrente e Isolação 234.1. Filosofia 13 3.7. Periféricos 244.2. Interface com o processo 13 4. Manutenção do CLP 254.3. Interface com o controle 154.4. Interface com o operador 15 5. Mercado do CLP 264.5. Gerenciamento do controle 154.6. Sistema de comunicação 15 Controle Supervisório e4.7. Vantagens e limitações do SDCD16 Aquisição de Dados (SCADA)5. Computador no Processo5.1. Introdução 16 1. Aquisição de Dados 15.2. Computador Digital 16 1.1 Introdução 15.3. Computador Digital e Analógico17 1.2. Sistema de Aquisição de Dados15.4. Controlador Digital 18 1.3. Sensores 25.5. Como Computadores Controlam 19 1.4. Circuitos condicionadores 25.6. Tipos de Computadores Digitais 19 1.5. Multiplexação 55.7. Uso do Computador em Controle 20 1.6. Amostragem de dados 85.8. Operação do Computador Digital 20 1.7. Circuito sample e hold 86. Computador como Controlador 23 1.8. Conversor digital -analógico 9 1.9. Conversor analógico -digital 116.1. Introdução 236.2. Informação Requerida 23 2. Telemetria 136.3. Informação do Processo 25 2.1. Introdução 136.4. Circuitos de Interface 25 2.1. Conceito 136.5. Endereçamento E/S 28 2.2. Telemetria e aquisição de dados146.6. Processamento de Dados 29 2.3. Canais de Comunicação 156.7. Projeto do Computador 30 2.4. Modem 166.8. Programação do Computador 31 2.5. Transmissão por rádio freqüência187. Conclusões 32 3. Controle Supervisório do Sistema de Aquisição de Dados 19 Controlador Lógico Programável 3.1. Introdução 19 3.2. Equipamento (Hardware) 19Objetivos de Ensino 1 3.3. Programa Aplicativo (Software) 201. Introdução 1 4. InTouch 201.1. Definição 1 4.1. Propriedades 201.2. Terminologia 1 4.2. Características Especiais 221.3. Histórico 1 4.3. Outros Benefícios 251.4. Evolução 2 4.5. Operação 272. Comparação com outros sistemas 4.6. Redes de controle 342.1. Lógica Fixa Eletrônica 32.2. Lógica com Relés 3 Integração de Sistemas2.3. Computador Pessoal 42.4. Vantagens do CLP 5 1. Rede de Computadores 12.5. Desvantagens do CLP 7 1.1. Introdução 12.6. CLP versus SDCD 8 1.2. Rede e Sistema Distribuído 13. Componentes do CLP 11 1.3. Objetivos da Rede 3 1.4. Parâmetros da rede 53.1. Unidade Processamento Central 12 1.5. Arquitetura da Rede 63.2. Memória 13 1.7. Modelo de Referência OSI 93.3. Unidades de Programação 13 1.4
  • 9. Automação Industrial2. Comunicação de dados 162.1. Introdução2.2. Tipos de sinais 16 16 CONTROLE E2.3. Meio físico2.4. Número de Canais 16 17 ALARME2.5. Movimento de Dados 172.6. Tempo e transmissão 18 Controle do Processo2.7. Multiplexagem de Sinal 193.Protocolos e interfaces 19 Objetivos de Ensino 13.1. Conceitos 19 1. Controle Contínuo 13.2. Ethernet (IEEE 802.3) 21 1.1. Introdução 13.3. Protocolo HART 21 1.2. Malha aberta ou fechada 13.4 Fieldbus Foundation 24 1.3. Ações de Controle 23.5. Profibus Trade Organization 27 1.4. Fatores do Processo 63.6. WorldFIP 28 1.5. Fatores do Instrumento 83.7. ARCnet 29 1.6. Sintonia do Controlador 83.8. ControlNet 30 1.7. Controle Multivariável 104. Base de Dados (Database) 32 1.8. Conclusão 124.1. Introdução 32 2. Controle Lógico 134.2. Bases de dados tradicionais 32 2.1. Conceito 134.3. Aplicações de RDBs 33 2.2. Controle de processo discreto 134.4. Estrutura da RDB 35 2.3. Características do sistema 144.5. Interação com base de dados 36 2.4. Variáveis de estado discreto 154.6. Partes componentes da RDB 36 2.5. Especificações do processo 164.7. Importância das ferramentas 37 2.6. Seqüência de eventos 174.8. Explosão da base de dados 38 2.7. Fluxograma da seqüência 185. Integração de Sistemas 425.1. Cenário da planta 42 Controle Batelada5.2. Conceito de Integração 425.3. Pirâmide da interoperabilidade 43 Objetivos 15.4. Parâmetros da integração 43 1. História da Batelada 15.5. Como integrar 45 1.1. Origem do Controle Batelada 1 1.2. Funções de controle da batelada 3 1.3. Controle manual direto 3 1.4. Controle Regulatório 3 1.5. Intertravamentos de segurança 4 1.6. Sequenciamento 4 1.7. Gerenciamento da Batelada 4 1.8. Planejamento 5 1.9. Equipamentos 5 1.10. Conclusão 11 2. Gerenciamento da Batelada 11 2.1. Introdução 11 2.2. Exigências 11 2.3. Funções Automáticas 12 3. Controle da Batelada 19 1.5
  • 10. Automação Industrial3.1. Introdução 19 Anunciador de Alarme3.2. Batelada seqüencial temporizado193.3. Controle acionado por eventos 20 Objetivos 14. Automação da Batelada 20 1. Conceito 14.1. Introdução 204.2. Medição das variáveis 21 2. História e Desenvolvimento 24.3. Instrumentação Modular 22 3. Seqüências do Anunciador 34.4. Controle de Batelada 234.5. Característica da Instrumentação24 3.1. Tipos de Seqüência 74.6. Características desejáveis 25 3.2. Condições 74.7. Segurança 27 3.3. ISA RP 18.1 (1965) 74.8. Complicações 28 3.4. ISA S18.1 (1984) 74.9. Instruções de Operação 29 4. Designação da Seqüência 9 4.1. Letra de Seqüência Básica 9 Alarme e Intertravamento 4.2. Designação do número de opção10 4.3. First out 111. Terminologia 1 5. Descrição da Seqüência 202. Segurança da Planta 8 5.1. Seqüência A, Reset Automático202.1. Projeto da planta 8 5.2. Seqüência M, Reset Manual 202.2. Medição e Controle 8 5.3. Seqüência R, Ringback 212.3. Alarme do processo 9 5.4. Seqüência First Out 212.4. Desligamento de emergência 9 5.5. Seqüência com Teste 222.4. Monitoração do fogo e gás 9 6. Arranjos do Anunciador 233. Tecnologias do Sistema 10 6.1. Anunciador com Lógica Integral233.1. Tecnologias disponíveis 10 6.2. Anunciador remoto 233.2. Escolha do Sistema 10 7. Operação 244. Alarme do Processo 12 7.1. Display Visual 254.1. Introdução 12 7.2. Dispositivos sonoros 274.2. Componentes 12 7.3. Botoeiras 274.3. Prioridade de alarmes 13 7.4. Circuitos Lógicos 284.4. Realização do Alarme 13 7.5. Características Opcionais 305. Intertravamento do Processo 16 7.6. Saídas auxiliares 34 7.7. Sistemas de Alimentação 365.1. Conceito 16 7.8. Testes de Fábrica 375.2. Tipos de Falhas 175.3. Análise do Intertravamento 18 8. Outros Sistemas 385.4. Segurança da malha de controle19 8.1. Alarme discreto 385.5. Projeto do Intertravamento 20 8.1. Enunciador 395.6. Filtrando os alarmes 24 8.2. Registrador de Eventos 395.7. Circuitos de Intertravamentos 25 8.3. Monitor Específico 405.8. Sistema de Votação 28 8.4. Alarmes por Computado 405.9. Falhas no Sistema 31 8.5. Painéis de alarme 425.10. Sistema de Falha Segura 42 9. Tendências 436. Alarme e Cores 44 9.1. Tecnologias rivais 436.1. Introdução 44 9.2. Anunciador isolado 436.2. Código de cores 44 9.3. Anunciador distribuído 446.3. Transmissão e projeção de cores45 9.4. Software baseado em PC 44 9.5. Estampando data e hora 44 1.6
  • 11. Automação Industrial Operação do Processo1. Introdução 12. Fatores Humanos no Projeto 12.1. Temas em fatores humanos 22.2. Fatores humanos na operação 43. Funções do operador 64. Atributos Mentais 84.1. Automatização 84.2. Modelo mental do operador 84.3. Representação para o operador 85. Estudos do Operador 96. Alocação de função 107. Análise da tarefa 108. Display da informação 109. Falhas do Processo 169.1. Sistema de Controle 169.2. Características do Processo 169.3. Características do Sistema 189.4. Projeto da Instrumentação 199.5. Falhas de Instrumentos 229.6. Administração de Falhas 2610. Erro Humano 3111. Treinamento 3312. Display para o Operador 3612.1. Introdução 3612.2. Display da Medição 3712.3. Desempenho do instrumento 3812.4. Instrumentos Inteligentes 4212.5. Analógico e Digital 4312.6. Aspectos Psicológicos 4412.7. Computador de Processo 4412.8. Conclusão 46 Referências Bibliográficas 1.7
  • 12. Símbolos, Identificação e Fundamentos1. Automação2. Componentes Eletromecânicos3. Símbolos Lógicos4. Linguagens de Programação5. Diagrama Ladder6. Diagrama de Blocos Funcionais 1.1
  • 13. 1 Automação1. Objetivos Como vantagens, a máquina 1. nunca reclama1. Conceituar automação e controle 2. nunca entra em greve automático. 3. não pede aumento de salário2. Listar os diferentes graus de 4. não precisa de férias automação. 5. não requer mordomias.3. Definir o conceito de automação e seu Como nada é perfeito, a máquina tem efeito na indústria e sociedade. as seguintes limitações:4. Introduzir os tipos básicos de sistemas 1. capacidade limitada de tomar e equipamentos de controle eletrônico. decisões 2. deve ser programada ou ajustada1. Automação para controlar sua operação nas1.1. Conceito condições especificadas 3. necessita de calibração periódica Automação é a substituição do trabalho para garantir sua exatidão nominalhumano ou animal por máquina. 4. requer manutenção eventual paraAutomação é a operação de máquina ou assegurar que sua precisão nominalde sistema automaticamente ou por não se degrade.controle remoto, com a mínimainterferência do operador humano. 1.2. Automação e mão de obraAutomação é o controle de processos Com o advento do circuito integradoautomáticos. Automático significa ter um (1960) e do microprocessador (1970), amecanismo de atuação própria, que faça quantidade de inteligência que pode seruma ação requerida em tempo embutida em uma máquina a um custodeterminado ou em resposta a certas razoável se tornou enorme. O número decondições. tarefas complexas que podem ser feitas O conceito de automação varia com o automaticamente cresceu várias vezes.ambiente e experiência da pessoa Atualmente, pode-se dedicar aoenvolvida. São exemplos de automação: computador pessoal (CP) para fazer 1. Para uma dona de casa, a máquina tarefas simples e complicadas, de modo de lavar roupa ou lavar louça. econômico. 2. Para um empregado da indústria A automação pode reduzir a mão de automobilística, pode ser um robô. obra empregada, porém ela também e 3. Para uma pessoa comum, pode ser ainda requer operadores. Em vez de fazer a capacidade de tirar dinheiro do a tarefa diretamente, o operador controla a caixa eletrônico. máquina que faz a tarefa. Assim, a dona O conceito de automação inclui a idéia de casa deve aprender a carregar ade usar a potência elétrica ou mecânica máquina de lavar roupa ou louça e devepara acionar algum tipo de máquina. Deve conhecer suas limitações. Operar aacrescentar à máquina algum tipo de máquina de lavar roupa pode inicialmenteinteligência para que ela execute sua parecer mais difícil que lavar a roupatarefa de modo mais eficiente e com diretamente. Do mesmo modo, o operadorvantagens econômicas e de segurança. 1.1
  • 14. Automaçãode uma furadeira automática na indústria exigências de produtividade, segurança eautomobilística deve ser treinado para usar proteção do meio ambiente, além doa máquina com controle numérico que faz controle automático do processo, apareceuo furo realmente. A linha de montagem a necessidade de monitorar o controlecom robôs requer operadores para automático.monitorar o desempenho desses robôs. A partir deste novo nível deQuem tira o dinheiro do caixa eletrônico, instrumentos, com funções dedeve possuir um cartão apropriado, monitoração, alarme e intertravamento, édecorar uma determinada senha e que apareceu o termo automação. Asexecutar uma série de comandos no funções predominantes neste nível são asteclado ou tela de toque. de detecção, comparação, alarme e Muitas pessoas pensam e temem que a atuação lógica.automação significa perda de empregos, Por isso, para o autor, principalmentequando pode ocorrer o contrário. De fato, para a preparação de seus cursos efalta de automação coloca muita gente divisão de assuntos, tem-se o controlepara trabalhar. Porém, estas empresas não automático aplicado a processo contínuo,podem competir economicamente com com predominância de medição, controleoutras por causa de sua baixa PID (proporcional, integral e derivativo). Oprodutividade devida à falta de automação sistema de controle aplicado é o Sistemae por isso elas são forçadas a demitir Digital de Controle Distribuído (SDCD),gente ou mesmo encerrar suas atividades. dedicado a grandes plantas ou oAssim, automação pode significar ganho e controlador single loop, para aplicaçõesestabilidade do emprego, por causa do simples e com poucas malhas.aumento da produtividade, eficiência e Tem-se a automação associada aoeconomia. controle automático, para fazer sua Muitas aplicações de automação não monitoração, incluindo as tarefas deenvolvem a substituição de pessoas por alarme e intertravamento. A automação éque a função ainda não existia antes ou é também aplicada a processos discretos eimpossível de ser feita manualmente. de batelada, onde há muita operaçãoPode-se economizar muito dinheiro lógica de ligar e desligar e o controleanualmente monitorando e controlando a seqüencial. O sistema de controle aplicadoconcentração de oxigênio dos gases é o Controlador Lógico Programável (CLP).queimados em caldeiras e garantindo um Assim: controle automático econsumo mais eficiente de combustível. automação podem ter o mesmo significadoPode se colocar um sistema automático ou podem ser diferentes, onde o controlepara recuperar alguma substância de regulatório se aplica a processos contínuosgases jogados para atmosfera, diminuindo e a automação se aplica a operaçõesos custos e evitando a poluição do ar lógicas, seqüenciais de alarme eambiente. intertravamento.1.3. Automação e controle 1.4. Automação e eletrônica A automação está intimamente ligada à Na década de 1970, era clássica ainstrumentação. Os diferentes comparação entre as instrumentaçõesinstrumentos são usados para realizar a eletrônica e pneumática. Hoje, às vésperasautomação. do ano 2000, há a predominância da Historicamente, o primeiro termo usado eletrônica microprocessada.foi o de controle automático de processo. Os sensores que medem o valor ouForam usados instrumentos com as estado de variáveis importantes em umfunções de medir, transmitir, comparar e sistema de controle são as entradas doatuar no processo, para se conseguir um sistema, mas o coração do sistema é oproduto desejado com pequena ou controlador eletrônico microprocessado.nenhuma ajuda humana. Isto é controle Muitos sistemas de automação só seautomático. tornaram possíveis por causa dos recentes Com o aumento da complexidade dos e grandes avanços na eletrônica. Sistemasprocessos, tamanho das plantas, de controle que não eram práticos por 1.2
  • 15. Automaçãocausa de custo há cinco anos atrás hoje se 2.2. Ferramentas acionadastornam obsoletos por causa do rápido O próximo passo histórico foi energizaravanço da tecnologia. as ferramentas manuais. A energia foi A chave do sucesso da automação é ouso da eletrônica microprocessada que suprida através de vapor dágua, eletricidade e ar comprimido. Este degraupode fornecer sistemas eletrônicos foi chamado de Revolução Industrial. Aprogramáveis. Por exemplo, a indústria serra se tornou elétrica, o martelo ficouaeronáutica constrói seus aviões hidráulico.comerciais em uma linha de montagem, Na indústria, usa-se um motor elétricomas personaliza o interior da cabine para acionar o agitador, a alimentação éatravés de simples troca de um programa feita por uma bomba, o aquecimento é feitode computador. A indústria automobilística por vapor ou por eletricidade.usa robôs para soldar pontos e fazer furosna estrutura do carro. A posição dos 2.3. Quantificação da energiapontos de solda, o diâmetro e aprofundidade dos furos e todas as outras Com a energia fornecida para acionarespecificações podem ser alteradas as ferramentas, o passo seguinte foiatravés da simples mudança do programa quantificar esta energia. Um micrômetrodo computador. Como o programa do associado à serra, indica quanto deve sercomputador é armazenado em um chip de cortado. A medição torna-se parte domemória, a alteração de linhas do processo, embora ainda seja fornecidaprograma neste chip pode requerer para o operador tomar a decisão.somente alguns minutos. Mesmo quando Na indústria, este nível significa colocarse tem que reescrever o programa, o um medidor de quantidade na bomba paratempo e custo envolvidos são muitas vezes indicar quanto foi adicionado ao reator.menores que o tempo e custo para alterar Significa também colocar um cronômetroas ferramentas. para medir o tempo de agitação, um termômetro para indicar o fim da reação. As variáveis indicadas ao operador2. Graus de Automação ajudavam o operador determinar o status A história da humanidade é um longo do processo.processo de redução do esforço humano 2.4. Controle programadorequerido para fazer trabalho. A suapreguiça é responsável pelo progresso e o A máquina foi programada para fazeraparecimento da automação. Pode-se uma série de operações, resultando emclassificar os graus de automação uma peça acabada. As operações sãoindustrial em várias fases. automáticas e expandidas para incluir outras funções. A máquina segue um2.1. Ferramentas manuais programa predeterminado, em O primeiro progresso do homem da realimentação da informação. O operadorcaverna foi usar uma ferramenta manual deve observar a máquina para ver se tudopara substituir suas mãos. Esta ferramenta funciona bem.não substituiu o esforço humano, mas Na planta química, uma chave foitornou este esforço mais conveniente. adicionada no medidor de vazão paraExemplos de ferramentas: pá, serra, gerar um sinal para desligar a bomba,martelo, machado, enxada. quando uma determinada quantidade for Como não há máquina envolvida, adicionada. Uma alarme foi colocado noconsidera-se que este nível não possui cronômetro para avisar que o tempo danenhuma automação. batelada foi atingido. Na indústria, este nível significaalimentar manualmente um reator, moendosólidos, despejando líquidos decontaineres, misturando com espátula,aquecendo com a abertura manual deválvula de vapor. 1.3
  • 16. Automação sistemas digitais. Um exemplo de controle2.5. Controle com realimentação adaptativo na indústria química é onegativa compressor de nitrogênio e oxigênio para O próximo passo desenvolve um fabricação de amônia. A eficiência dosistema que usa a medição para corrigir a compressor varia com a temperatura emáquina. A definição de automação de pressão dos gases e das condições doFord se refere a este nível. ambiente. O controlador adaptativo procura Na indústria química, o controle a o ponto ótimo de trabalho e determina se orealimentação negativa é o começo do compressor está em seu objetivo, atravéscontrole automático. A temperatura é do índice de desempenho. Para isso, usa-usada para controlar a válvula que se a tecnologia avançada do computadormanipula o vapor. O regulador de vazão mais a tecnologia de instrumentos deajusta a quantidade adicionada no reator, análise em linha.baseando na medição da vazão. 2.9. Controle indutivo2.6. Controle da máquina com A máquina indutiva rastreia a respostacálculo de sua ação e revisa sua estratégia, Em vez de realimentar uma medição baseando-se nesta resposta. Para fazersimples, este grau de automação utiliza isso, o controlador indutivo usa programauma cálculo da medição para fornecer um heurístico.sinal de controle. Na planta química, o sistema usa um Na planta química, os cálculos se método e o avalia, muda uma variável debaseiam no algoritmo PID, em que o sinal acordo com um programa e o avalia dede saída do controlador é uma função novo. Se este índice de desempenho temcombinada de ações proporcional, integral melhorado, ele continua no mesmoe derivativa. Este é o primeiro nível de sentido; se a qualidade piorou, ele inverteautomação disponível pelo computador o sentido. A quantidade de ajuste variadigital. com seu desvio do ponto ideal. Depois que uma variável é ajustada, o sistema vai para2.7. Controle lógico da máquina a próxima. O sistema continua a induzir as O sistema de telefone com dial é um melhores condições na planta.exemplo de máquina lógica: Quando se Uma aplicação típica é no controle detecla o telefone, geram-se pulsos que fornalha de etileno.lançam chaves que fazem a ligação 2.10. Máquina criativadesejada. Caminhos alternativos sãoselecionados por uma série programada de A máquina criativa projeta circuitos oupassos lógicos. produtos nunca antes projetados. Exemplo O sistema de segurança e desligamento é um programa de composição de música.da planta química usa controle lógico. Um A máquina criativa procura soluções queconjunto de condições inseguras dispara seu programado não pode prever.circuitos para desligar bombas, fechar Na planta química, é o teste deválvula de vapor ou desligar toda a planta, catalisador. O sistema varia composição,dependendo da gravidade da emergência. pressão e temperatura em determinada faixa, calcula o valor do produto e muda o2.8. Controle Adaptativo programa na direção de aumentar o valor. No controle adaptativo, a máquina 2.11. Aprendendo pela máquinaaprende a corrigir seus sinais de controle,se adequando às condições variáveis. Neste nível, a máquina ensina oUma versão simples deste nível é o homem. O conhecimento passa na formasistema de aquecimento de um edifício que de informação. A máquina pode ensinaradapta sua reposta ao termostato a um matemática ou experiência em umprograma baseado nas medições da laboratório imaginário, com o estudantetemperatura externa. seguindo as instruções fornecidas pela O controle adaptativo tornou-se máquina. Se os estudantes cometemacessível pelo desenvolvimento de muitos erros, porque não estudaram a 1.4
  • 17. Automaçãolição, a máquina os faz voltar e estudar Se em vez de usar uma fita paramais, antes de ir para a próxima lição. controlar a máquina, é usado um Assim, todos os graus de automação computador dedicado, então o sistema ésão disponíveis hoje, para ajudar na tecnicamente chamado de máquinatransferência de tarefas difíceis para a controlada numericamente commáquina e no alívio de fazer tarefas computador (CNC). Um centro com CNCrepetitivas e enfadonhas. Fazendo isso, a pode selecionar de uma até vintemáquina aumenta a produtividade, melhora ferramentas e fazer várias operaçõesa qualidade do produto, torna a operação diferentes, como furar, tapar, frezar,segura e reduz o impacto ambiental. encaixar. Se o computador é usado para controlar3. Sistemas de automação mais de uma máquina, o sistema é chamado de máquina controlada A aplicação de automação eletrônica numericamente e diretamente. A vantagemnos processos industriais resultou em deste enfoque é a habilidade de integrar avários tipos de sistemas, que podem ser produção de várias máquinas em umgeralmente classificados como: controle global de uma linha de montagem. 1. Máquinas com controle numérico A desvantagem é a dependência de várias 2. Controlador lógico programável máquinas debaixo de um único 3. Sistema automático de computador. armazenagem e recuperação 4. Robótica 3.2. Controlador lógico programável 5. Sistemas flexíveis de manufatura. O controlador lógico programável é um equipamento eletrônico, digital,3.1. Máquina com controle numérico microprocessado, que pode Uma máquina ferramenta é uma 1. controlar um processo ou umaferramenta ou conjunto de ferramentas máquinaacionadas por potência para remover 2. ser programado ou reprogramadomaterial por furo, acabamento, modelagem rapidamente e quando necessárioou para inserir peças em um conjunto. 3. ter memória para guardar oUma máquina ferramenta pode ser programa.controlada por algum dos seguintes O programa é inserido no controladormodos: através de microcomputador, teclado1. Controle contínuo da trajetória da numérico portátil ou programador ferramenta onde o trabalho é contínuo dedicado. ou quase contínuo no processo. O controlador lógico programável varia2. Controle ponto a ponto da trajetória da na complexidade da operação que eles ferramenta onde o trabalho é feito podem controlar, mas eles podem ser somente em pontos discretos do interfaceados com microcomputador e conjunto. operados como um DNC, para aumentar Em qualquer caso, as três coordenadas sua flexibilidade. Por outro lado, eles são(x, y, z ou comprimento, largura e relativamente baratos, fáceis de projetar eprofundidade) devem ser especificadas instalar.para posicionar a ferramenta no localcorreto. Programas de computador existem 3.3. Sistema de armazenagem epara calcular a coordenada e produzir recuperação de dadosfuros em papel ou fita magnética que Atividades de armazenar e guardarcontem os dados numéricos realmente peças são centralizados em torno deusados para controlar a máquina. inventário de peças ou materiais para, A produtividade com controle numérico posteriormente, serem usadas, embaladaspode triplicar. No controle numérico, exige- ou despachadas. Em sistemasse pouca habilidade do operador e um automáticos, um computador remotoúnico operador pode supervisionar mais de controla empilhadeiras e prateleiras parauma máquina. receber, armazenar e recuperar itens de almoxarifado. O controle da relação é 1.5
  • 18. Automaçãoexato e os itens podem ser usados oudespachados de acordo com os dados 4. Conclusãorecebidos. Os restaurantes da cadeiaMcDonald’s têm um dispensa automática 1. Houve uma revolução industrial compara armazenar batatas fritas congeladas. automação de processos deUma cadeia de supermercado, tipo Makro, manufatura.usa um almoxarifado automatizado para a 2. Automação é o uso da potência elétricaguarda e distribuição automática de itens. ou mecânica controlada por um sistema de controle inteligente3.4. Robótica (geralmente eletrônico) para aumentar Um robô é um dispositivo controlado a a produtividade e diminuir os custos.computador capaz de se movimentar em 3. A falta de automação pode aumentar ouma ou mais direções, fazendo uma desemprego.seqüência de operações. Uma máquina 4. Automação é um meio para aumentar aCNC pode ser considerada um robô, mas produtividade.usualmente o uso do termo robô é restrito 5. A habilidade de controlar os passos deaos dispositivos que tenham movimentos um processo é a chave da automação.parecidos com os dos humanos, 6. Avanços na eletrônica tornaramprincipalmente os de braço e mão. possível o controle de sistemas As tarefas que os robôs fazem podem complexos, a um baixo custo.ser tarefas de usinagem, como furar, 7. Os vários tipos de sistemas desoldar, pegar e colocar, montar, automação que podem ser aplicados ainspecionar e pintar. Os primeiros robôs processos industriais são:eram grandes, hoje eles podem ser máquina com controle numéricopequeníssimos. controlador lógico programável Quando uma tarefa é relativamente sistema de armazenagem esimples, repetitiva ou perigosa para um recuperação de peçashumano, então o robô pode ser uma robóticaescolha apropriada. Os robôs estão sistema de manufatura flexívelaumentando em inteligência, com a adiçãodos sentidos de visão e audição e istopermite tarefas mais complexas a seremexecutadas por eles.3.5. Sistema de manufatura flexível A incorporação de máquinas NC,robótica e computadores em uma linha demontagem automatizada resulta no que échamado sistema de manufatura flexível.Ele é considerado flexível por causa dasmuitas mudanças que podem ser feitascom relativamente pouco investimento detempo e dinheiro. Em sua forma final,matéria prima entra em um lado e oproduto acabado sai do almoxarifado emoutro lado, pronto para embarque semintervenção humana. Hoje isto existesomente em conceito, embora grandespartes deste sistema já existem. ApostilaAutomação 10Automação.doc 14 ABR 01 (Substitui 23 FEV 99) 1.6
  • 19. 2 Componentes Eletromecânicos 6. seu funcionamento pode serObjetivos de Ensino perturbado por vibração e choque1. Descrever e aplicar vários arranjos mecânico. de chaveamento elétrico. 7. produzem barulho quando mudam o2. Desenhar os símbolos para estado. botoeiras, chaves liga-desliga, lâmpadas pilotos e contatos de relés.3. Descrever o solenóide elétrico e suas aplicações. Entrada Saída Vi4. Descrever a construção e operação Vo Vi Vo de relés eletromecânicos e a estado Chave Alta Alta sólido. Diferenciar os diferentes tipos Baixa Baixa de relés.5. Descrever a operação de temporizadores e contadores.1. Introdução Entrada Saída Vi Vo Vi Vo A eletrônica possui vários componentes Inversorcom partes e peças mecânicas. O Alta Baixafuncionamento destes componentes Baixa Altasempre envolve movimento mecânico. Aspartes mecânicas da eletrônica sãochamadas de peças móveis. Elasconstituem o elo mais fraco da corrente. Entrada Saída ChavePor causa de seu movimento mecânico Vi Voelas apresentam as seguintes V1 Alta Alta Inv Invdesvantagens: Baixa Baixa 1. sofrem desgaste com o uso e portanto possuem vida útil limitada Vi Vo 2. podem ficar emperradas e portanto Fig. 2.1. Chaves e inversores são pouco confiáveis 3. são relativamente lentas comparadas com as operações Os principais componentes mecânicos puramente eletrônicas da eletrônica (eletromecânicos) são a 4. podem apresentar sujeira e umidade chave liga-desliga (toggle), chave botoeira que atrapalham o seu (push button), chave seletora, chave funcionamento, automática acionada por variável de 5. quebram mais facilmente, por causa processo (termostato, pressostato, nível, da fadiga e desgaste. vazão, posição), relé, válvula solenóide e disjuntor. 2.1
  • 20. Componentes EletromecânicosTab. 4.1. Símbolos usados em sistemas desegurança 2. Chave 2.1. Conceito Contato elétrico, A chave é um componente normalmente aberto (NA) eletromecânico usado para ligar, desligar ou direcionar a corrente elétrica, através de um acionamento mecânico manual ou Contato elétrico, automático. A chave de duas posições é normalmente fechado (NF) um componente binário de circuito simples e fundamental, com uma entrada e uma Chave de vazão, saída. A saída é alta quando a entrada é normalmente aberta (NA) alta e a saída é baixa quando a entrada é Chave de vazão, baixa. normalmente fechada (NF) A entrada da chave é uma força Chave de nível, mecânica e a saída é uma tensão elétrica. normalmente aberta (NA) A chave estática o semicondutor possui na Chave de nível, entrada e saída sinais elétricos. A chave é normalmente fechada (NF) adequada para teclados e entrada de Chave de pressão, dados em sistemas digitais. normalmente aberta (NA) Chave de pressão, normalmente fechada (NF) Chave de temperatura, normalmente aberta (NA) Chave de temperatura, normalmente fechada (NF) Chave limite, normalmente aberta (NA) Fig. 2.2. Conceito de chave Chave limite, normalmente fechada (NF) O inversor é uma variação da chave. O Lâmpada de sinalização inversor é também um dispositivo binário, com uma entrada e uma saída, de modo que a saída é alta, quando a entrada for Buzina baixa e saída é baixa, quando a entrada for alta. O inversor é um bloco construtivo do Válvula solenóide de duas sistema digital mais poderoso e vias fundamental que a chave pois a chave pode ser construída a partir de dois Válvula solenóide de três inversores em série e nenhuma vias combinação de chaves pode produzir um inversor. As características desejáveis da chave 1. alta velocidade 2. alta confiabilidade 3. entrada e saída elétricas 4. pouca energia consumida 5. baixo custo Os tipos mais comuns de chaves manuais usadas em sistemas eletrônicos são os seguintes: 2.2
  • 21. Componentes Eletromecânicos 1. chave liga-desliga (toggle) simultaneamente. Pode-se usar duas 2. chave botoeira (push button) chaves SPST. Na prática, usa-se a chave 3. chave seletora DPST. Ela consiste de duas chaves SPST em um único corpo. Quando se quer duas2.2. Polos e Terminais chaves simultaneamente em duplo polo, Embora exista uma grande variedade usa-se a chave DPDT. Este arranjo dede chaves elétricas, há vários termos que chaveamento pode ser expandido para trêssão comuns quando se descreve a pólos ou mais, como necessário.construção de qualquer chave. Dois outros tipos de configurações são: A haste ou parte da chave que é 1. retorno de molamovida para abrir ou fechar um circuito é 2. centro desligadochamada de pólo da chave. Se uma chave Atuando a chave SPST com retorno detem somente um pólo, ela é chamada de mola, fecha-se M-N. Porém, quando achave de único pólo (single pole switch). chave é liberada, sua mola torna-aSe ela possui dois pólos, é chamada de desligada. Ela não permanece na posiçãochave de duplo pólo. A chave pode ter fechada, como uma chave normal o faz.também três, quatro ou qualquer outro A chave com centro desligado possuinúmero de pólos, quando é chamada de três posições. Ela também pode ter retornotriplo pólo, e multipolo. por mola para a posição central desligada. Se cada contato alternadamente abre efecha somente um circuito, a chave échamada de único terminal (single throw). M N M NQuando o contato é de dupla ação, ouseja, abre um circuito enquanto SPST NF SPST NAsimultaneamente fecha outro, a chave échamada de duplo terminal (doble throw).. N N Assim, pode haver uma combinação de M Mpólos e terminais; tendo-se O C 1. single-pole, single-throw (SPST), SPDT O 2. single-pole, double-throw (SPDT), SPDT Centro 3. double-pole, doble-throw (DPDT). N Esta nomenclatura se aplica também M Oaos contatos de relés (relé é uma chave Qoperada pela ação magnética). P R A chave elétrica básica é a de simplespólo e simples terminal, SPST. DPST DPDT Quando a chave estiver na posição Fig. 2.3. Arranjos de chaveamento elétricodesligada (OFF), o circuito estáeletricamente aberto entre M e N. Quando 2.3. Chave Liga-Desligaa chave é mudada para a posição ligada(ON), cria-se um circuito de ligação entre A chave liga-desliga (toggle) possuios pontos M e N. Esta chave pode ser uma haste ou alavanca que se movenormalmente aberta (NA) ou normalmente através de um pequeno arco fazendo osfechada (NF). A chave NF SPST é um contatos de um circuito abrirem oucurto-circuito entre M-N quando desligada fecharem repentinamente. O fato de oe é um circuito aberto entre M-N quando contato abrir ou fechar muito rapidamenteligada. É fundamental definir o tipo, NA ou reduz o arco voltaico e garante um curto-NF, quando escolher a chave para uma circuito seguro. O acionamento da chaveaplicação. toggle é retentivo, ou seja, a chave é ligada Outro tipo de chave possui polo simples por um movimento mecânico e os contatose duplo terminal, abreviado SPDT. O permanecem na posição alterada, até quecircuito de M é chaveada entre N e O, a chave seja acionada no sentido contrario.quando a chave é ligada ou desligada. A chave toggle tem uma pequena Quando se quer ligar dois circuitos protuberância saindo do eixo. O eixo toggleseparados em ON e OFF 2.3
  • 22. Componentes Eletromecânicosé empurrado para cima ou para baixo paraproduzir o chaveamento. Tais chaves são tipicamente usadasem pequenos equipamentos com poucoespaço disponível no painel. NF NA Fig. 2.5. Chave botoeira com lâmpada pilotoFig. 2.4. Chave liga desliga (toggle) 2.5. Chave Seletora2.4. Chave Botoeira A chave seletora ou rotatória fecha e A chave botoeira (push button) é abre circuitos quando é girada entreprojetada para abrir ou fechar um circuito posições. O knob da chave é girado e nãoquando acionada e retornar à sua posição apertado, como nas chaves botoeira. Umnormal, quando desacionada. O contato é contato fixo ao eixo gira por meio de umnão retentivo, ou seja, o contato só knob ligado à outra extremidade do eixo. Opermanece na posição alterada enquanto a contato se move ao longo de um circulo dechave estiver acionada; o contato volta material isolante que possui tiras depara a posição normal quando se tira a material condutor colocadas ao longo dapressão da chave. O contato é circunferência. Quando o eixo gira de umamomentâneo e o seu retorno é causado posição para a próxima, o contato rotativopor uma mola. Normalmente aberto ou faz a ligação para as tiras condutoras. Istonormalmente fechado significa que os fecha e abre contatos desejados. Há umacontatos estão em uma posição de marcação externa no knob para localizar arepouso, mantidos por uma mola e não posição da chave.estão sujeitos a nenhuma força externa A chave seletora é usada paramecânica ou elétrica. selecionar duas, três, dez ou mais A botoeira normal tem retorno de mola, posições. Ela é usada tipicamente parade modo que ela é não sustentável. A selecionar diferentes faixas de medição debotoeira mais usada é do tipo SPDT. instrumentos, selecionar canais daQuando a botoeira é apertada, o circuito televisão, selecionar funções de umentre M-N é aberto e O-P é fechado. amplificador.Quando ela é solta, fecha M-N e abre O-P Se a chave rotatória é do tipo de curto-eletricamente. Algumas botoeiras podem circuito, o seu contato girante faz a ligaçãoter três, quatro ou mais pólos, aumentando com o próximo terminal antes de abrir osua capacidade de chaveamento. contato com a posição atual. Esta chave é A botoeira é usada em controle de chamada de make-before-break (fecha-motores, onde ela serve para partir, parar, antes-de-abrir). Tal característica de curto-inverter e acelerar a rotação do motor. A circuito fornece proteção para certoschave botoeira é usada tipicamente em instrumentos ou equipamentos.chaves de acionamento de campainha e Há também chave rotatória do tipo nãochave de segurança de motores. Ela é curto-circuito. Esta chave abre o circuitodisponível em várias cores, identificações, atual antes de fechar o circuito seguinte.formatos, tamanhos e especificações Ela é também chamada de break-before-elétricas. make (abre-antes-de-fechar). Um anel metálico é montado sobre um wafer fenólico, não condutor. As ligações 2.4
  • 23. Componentes Eletromecânicoselétricas são feitas em um suporte quedesliza no anel metálico, quando ele gira. 2.6. Critérios de SeleçãoO wafer é girado para posições específicas O tipo de chave escolhida para umapara conseguir o chaveamento. determinada aplicação depende de muitos Na chave fechar-antes-abrir de não fatores, como:curto, indo de A para B, o circuito é 1. a configuração, que determinacompletamente aberto na posição número de pólos e terminaisintermediária, como mostrado. Para a 2. a tensão a ser chaveada e o tipo dechave abrir-antes-fechar, fazendo curto, o corrente (ca ou cc)anel giratório tem uma saliência mais larga. 3. o valor da corrente a ser chaveada eA largura da saliência excede a distância a corrente a ser percorrida após oA-B. O circuito fica portanto ligado a A e B chaveamentona posição intermediária. 4. o ciclo de vida necessário em Um exemplo mostra onde cada tipo de número de atuaçõeschave deve ser usado. O voltímetro deve 5. as considerações ambientes, comoter uma chave seletora que não provoque vibração, temperatura, umidade,curto-circuito. Entre faixas, a chave desliga agressividade do ambientea tensão para o galvanômetro. Se fosse 6. o tamanho físico necessáriousada uma chave de fazendo curto- 7. a velocidade de atuaçãocircuito, os resistores seriam em paralelo. 8. a capacitância parasitaA baixa resistência temporária, 19,3 kΩ, 9. opções, como lâmpada pilotopermitiria que o excesso de corrente embutida, chave de trava.fluísse no galvanômetro. Neste caso, ogalvanômetro deveria suportar uma 3. Chaves Automáticascorrente cinco vezes maior. De modo contrario, o amperímetro deve As chaves vistas até agora eramter uma chave que provoque curto-circuito. acionadas manualmente. Assim que oSe fosse usada uma chave que operador aperta o seu acionamento, seusprovocasse circuito aberto, o galvanômetro contatos mudam de estado. Quando osdeveria suportar uma corrente 100 vezes contatos são retentivos, eles permanecemmaior que a especificada. Para cada faixa mudados quando o operador retira ade corrente, um resistor paralelo é pressão de acionamento. Quando são nãopercorrido por uma corrente apropriada, retentivos, os contatos voltam a posiçãocom mostrado. Se não houvesse um original quando a chave deixa de serresistor paralelo ligado no circuito entre as apertada.posições das faixas, toda a corrente da Existem chaves automáticas, cujalinha deveria passar pelo galvanômetro. operação é determinada pela posição dePara uma corrente de linha de 100 mA, isto algum dispositivo ou pelo valor de algumaé 100 vezes a corrente especificada. quantidade física. Sistemas maisDurante o chaveamento, com a chave complexos podem ter chaves ligadas deapropriada que provoca curto-circuito, tem- um modo intertravado, tal que a operaçãose uma baixa resistência de alguns ohms. final de uma ou mais chave depende da posição das outras chaves individuais. As principais chaves automáticas são: pressostato, termostato, chave de vazão, chave de nível, chave fim de curso. 3.1. Pressostato Pressostato é uma chave comandada pela pressão. Uma chave elétrica muda os estados dos seus contatos quando a pressão atinge determinados valores críticos. Por exemplo, por economia e segurança, um compressor de ar deve ser desligado quando a sua pressão atingir um 2.5
  • 24. Componentes Eletromecânicosvalor alto determinado e deve ser religado economia e segurança, um condicionadorquando a pressão atingir um valor baixo de ar deve ser desligado quando adeterminado. Ajustes convenientes no temperatura do ambiente atingir um valorpressostato permitem que o compressor alto determinado e deve ser religadoopere entre estes dois valores críticos de quando a temperatura atingir um valorpressão. baixo determinado. Ajustes convenientes no termostato permitem que o condicionador opere entre estes dois valores críticos de temperatura. O termostato é um modo simples e barato de executar o controle liga-desliga de processos envolvendo temperatura. O termostato também pode servir de proteção de um sistema de controle de temperatura. Um controlador convencional fornece uma temperatura constante, dentro da banda proporcional. Quando, por algum problema do controlador ou do sistema, oFig. 2.6. Chave de pressão ou pressostato controlador perde o controle e a temperatura tende para valores perigosos de muito baixa ou muito alta temperatura, o O pressostato é um modo simples e pressostato desliga o sistema.barato de executar o controle liga-desligade processos envolvendo pressão. Opressostato também pode servir deproteção de um sistema de controle depressão. Um controlador convencionalfornece uma pressão constante, dentro dabanda proporcional. Quando, por algumproblema do controlador ou do sistema, ocontrolador perde o controle e a pressãotende para um valor perigoso de altapressão, um pressostato desliga o sistema. Deve-se diferenciar bem a proteção Fig. 2.7. Chave de temperatura ou termostatofornecida pelo pressostato e a proteçãooferecida pela válvula de alivio ou desegurança. O pressostato protege o Como o termostato é comandado pelasistema de pressão desligando um motor temperatura, ele deve ter um sensor deelétrico que faz a pressão subir. A válvula temperatura, geralmente mecânico, comode alivio e a de segurança protege o bimetal ou enchimento termal. Termostatossistema de pressão diminuindo são comuns em condicionadores de ar,diretamente a pressão do sistema, jogando geladeiras e motores.para a atmosfera o fluido de alta pressão. Como o pressostato é comandado pela 3.3. Chave de Vazãopressão, ele deve ter um sensor de Chave de vazão (flow switch) é umapressão, geralmente mecânico como o chave comandada pela vazão. Uma chavebourdon C, fole, espiral ou helicoidal. elétrica muda os estados dos seus3.2. Termostato contatos quando a vazão de um fluido atinge determinados valores críticos. Por Termostato é uma chave comandada exemplo, por segurança, um sistema depela temperatura. Uma chave elétrica lubrificação com óleo pode ser desligadomuda os estados dos seus contatos por uma chave de vazão, quando a vazãoquando a temperatura atinge determinados do lubrificante ficar menor que um valorvalores críticos. Por exemplo, por critico ajustado na chave. Ajustes 2.6
  • 25. Componentes Eletromecânicosconvenientes na chave de vazão permitem valor critico baixo e abaixo de um valorque o sistema de lubrificação opere de alto.modo seguro acima de um valor critico da A chave de nível é um modo simples evazão do lubrificante. barato de executar o controle liga-desliga A chave de vazão é um modo simples e de processos envolvendo nível de liquido.barato de executar o controle liga-desliga A chave geralmente liga ou desligade processos envolvendo vazão. A chave motores de bombas quando o nível dode vazão também pode servir de proteção liquido atinge valores críticos.de um sistema de controle de vazão. Um A chave de nível também pode servircontrolador convencional fornece uma de proteção de um sistema de controle devazão constante, dentro da banda nível. Um controlador convencional forneceproporcional. Quando, por algum problema um nível constante, dentro da bandado controlador ou do sistema, o controlador proporcional. Quando, por algum problemaperde o controle e a vazão tende para do controlador ou do sistema, o controladorvalores perigosos muito baixo ou muito perde o controle e o nível tende paraalto, a chave de vazão desliga o sistema. valores perigosos muito baixo ou muito Como a chave de vazão é comandada alto, a chave de nível desliga o sistema.pela vazão, ela deve ter um sensor de Como a chave de nível é comandadavazão ou ser acionada diretamente pela pelo nível, ela deve ter um sensor de nívelpassagem do fluido. As chaves de vazão preferivelmente mecânico, como uma bóiapodem operar com líquidos ou com gases flutuadora. A operação da chave pode ser(airflow switch). Há chaves de vazão controlada pelo movimento para cima outérmicas ou mecânicas. A chave é inserida para baixo de uma bóia que flutua nana tabulação de modo que a vazão do superfície do liquido. O movimento da bóiafluido passa em seu interior. Quando a causa uma haste operar a chave. A chavevazão atinge valores críticos ajustados na acionada muda os seus contatos. Oschave, os seus contatos mudam para contatos da chave fazem parte do sistemaenergizar bobinas de starter de motor de de alimentação do motor da bomba. Obomba ou de compressor. arranjo dos contatos, se NA ou NF, depende se a bomba está enchendo o tanque ou esvaziando-o, se o tanque é seguro quando vazio ou cheio.Fig. 2.8. Chave de vazão mecânica3.4. Chave de Nível Chave de nível (float switch) é umachave comandada pelo nível. Uma chaveelétrica muda os estados dos seus Fig. 2.9. Chave de nível acionada por bóiacontatos quando o nível de um liquidoatinge determinados valores críticos. Porexemplo, por segurança, um tanqueaquecido pode ser desligado por umachave de nível, quando o nível do liquidono seu interior ficar menor que um valorcritico. Ajustes convenientes na chave denível permitem que o nível do tanque variedentro de uma faixa segura acima de um 2.7
  • 26. Componentes Eletromecânicos da bobina do solenóide. A válvula retorna3.5. Chave Limite ou Fim de Curso automaticamente para sua posição original A chave limite ou fim de curso é quando a corrente é interrompida.acionada automaticamente pelo No solenóide, uma haste é mantida namovimento de alguma maquina ou posição superior através de uma mola,dispositivo. Ela deve ter uma resposta enquanto o solenóide estiver desligadoinstantânea e ser confiável. eletricamente (desenergizada). Quando a Em geral, a operação de uma chave bobina for percorrida por uma determinadalimite começa quando uma peça em corrente, cria-se um campo magnéticomovimento bate em uma alavanca que dentro do núcleo da bobina. Este campoatua a chave. Quando acionada, a chave magnético resultante age na haste,muda os seus contatos. empurrando-a para baixo contra a pressão O tamanho, força de operação, da mola. A haste do solenóide tem umapercurso e modo de montagem são os projeção externa que é fixada aoparâmetros críticos na instalação da chave equipamento mecânico a ser operado.fim de curso. As especificações elétricasda chave devem estar de conformidadecom a carga a ser acionada. As chaves fim de curso podem serusadas como piloto em circuitos decontrole de motores, como proteção ouemergência para evitar o funcionamentoimpróprio de maquinas. As chaves limitespodem ter contatos momentâneos ouretentivos. S S Duas vias Três vias Fig. 2.11. SolenóidesFig. 2.10. Chave limite 4.2. Seleção4. Solenóide Na escolha do solenóide para uma4.1. Conceito aplicação, devem ser considerados os seguintes fatores: O solenóide é um dispositivo usado 1. tamanho da carga mecânica a serpara transladar sinais elétricos ON/OFF em movidamovimentos mecânicos ON/OFF. Válvula é 2. distância do percurso (stroke)um dispositivo mecânico projetado para 3. ambiente de operaçãocontrolar a vazão de fluidos. Válvula 4. tipo da ligação elétricasolenóide é uma combinação destes dois 5. tensão e tipo da corrente, ca ou cccomponentes básicos: 6. valor da corrente (manutenção e 1. válvula contendo uma abertura com transitória) a posição de um disco ou haste para 7. vida útil, expressa em atuações por regular a vazão e minuto 2. solenóide, que é o dispositivo O tamanho da carga mecânica a ser eletromagnético com a bobina. acionada pelo solenóide é expresso em A válvula é aberta ou fechada pelo gramas; varia entre alguns gramas até 30movimento do núcleo, que é comandado kg. A força deve ser maior que a carga por,pela passagem ou não da corrente através no mínimo, 25%. Quanto maior a carga a 2.8
  • 27. Componentes Eletromecânicosser acionada, maior o tamanho e o custo são sujeitas e maior aquecimento e maiordo solenóide. tensão mecânica. É importante que o A distância a ser acionada deve ser solenóide apropriado seja escolhido para oigual ou maior do que o movimento linear ciclo de trabalho necessário.externo necessário. A falha do solenóide ocorre O ambiente de contorno é importante. normalmente com a queima da bobina ouA classificação mecânica do invólucro deve defeito mecânico ou ambos. Se o percursoser compatível com a atmosfera de do solenóide é incompleto, a bobinatrabalho, para que o solenóide sobreviva e elétrica puxa corrente excessiva. A bobinafuncione normalmente. Deve ser se aquece, desenvolve espiras em curto econsiderada a atmosfera circundante se queima, se não é protegida(poeira, óleo, umidade, gases corrosivos) e corretamente por fusíveis. Umo nível de vibração mecânica da área. deslocamento incompleto pode serSolenóide sob vibração pode esquentar causado pelo desgaste das partesmuito, se desgastar anormalmente e ter a mecânicas do solenóide. Freqüentemente,vida útil encurtada. um percurso incompleto ocorre quando o Como o solenóide é um dispositivo mecanismo em que o solenóide é fixadoelétrico, sua classificação elétrica deve ser fica bloqueado em uma posiçãocompatível com a classificação da área. intermediária. A proteção através do fusívelSão disponíveis solenóides com invólucro correto é a melhor precaução para evitarà prova de explosão e intrinsecamente queima elétrica.seguras, compatíveis com áreas deDivisão 1 e 2, Grupos B, C e D. 4.3. Tipos O tipo de ligação elétrica se refere pode As válvulas solenóides podem serser através de plugs, rabo de porco (pigtail) classificadas em vários tipos, em função deou terminais com parafuso. sua ação, número de vias e corrente. A tensão é tipicamente 110 V ca; pode- O solenóide pode ser de única ação ouse ter também 24 V ca. Outra de dupla ação. As válvulas solenóides deconsideração importante é o tipo de dupla ação são usadas em sistemastensão: ca ou cc. Os solenóides são hidráulicos.construídos especificamente para As válvulas solenóides podem ter duasoperação em ca ou em cc. Assim, um ou três ou quatro vias. As válvulas de duassolenóide de 110 V ca não pode ser usado vias são as mais comuns: elas possuemem 110 V cc. uma entrada e uma saída. As válvulas de A corrente do solenóide é também três vias podem ter duas entradas e umaimportante. Quando energizada, o saída ou podem ter uma entrada e duassolenóide puxa a corrente especificada. A saídas. As válvulas de quatro vias sãolinha elétrica e o fusível devem ser usadas em controle de cilindro de dupladimensionados de acordo com esta ação. Quando a bobina está desligada, umcorrente. Outro fator a considerar na lado do pistão está à pressão atmosféricaespecificação do solenóide é que, na e o outro está pressurizado. Quando apartida, ela puxa de 5 a 15 vezes sua bobina é energizada, a válvula joga o ladocorrente especificada de regime, de alta pressão para a atmosfera. Comodependendo do tamanho. Um pico de resultado, o pistão e sua carga agemcorrente em um solenóide de 5 A pode reciprocamente em resposta ao movimentoatingir 45 A. Esta corrente transitória deve do solenóide.ser considerada na escolha do fusível. O solenóide pode operar com corrente O ciclo de trabalho se refere à alternada ou continua. Os solenóidesfreqüência de operação do solenóide. operados com corrente alternada são maisAlguns solenóides ficam ligados uma vez comuns e simples. Normalmente elas sãodurante um tempo pequeno. Outras ficam protegidas com capacitores de surge ouligadas durante longos períodos e ficam diodos dos picos de tensão resultantes dadesligadas por pouco tempo. Outras são abertura e fechamento rápidos.operadas muitas vezes cada segundo. Os O corpo da válvula solenóide sesolenóides que operam em alta freqüência comporta como o de uma válvula 2.9
  • 28. Componentes Eletromecânicosconvencional. Todos os cuidados mas pode controlar 2500 W de potência,aplicáveis a uma válvula de controle com ganho de 10.000.referentes à vedação, estanqueidade,selagem e classe de pressão se aplicam à 5.2. Característicasválvula solenóide. Os relés controlam a corrente elétrica Geralmente a válvula solenóide é por meio de contatos que podem serassimétrica, ou seja, sua entrada é abertos ou fechados. Os contatosdiferente da saída e elas não podem ser apresentam altíssima resistência quandoinvertidas. abertos e baixíssima resistência quando Uma válvula solenóide é diferente de fechados. Eles podem ter múltiplosuma chave de vazão. Embora ambas contatos, com cada contato isoladopossam prover um controle liga-desliga da eletricamente de todos os outros. Osvazão, a válvula solenóide é operada por contatos são atuados numa seqüênciaum sinal elétrico externo à válvula. A chave definida e positiva.de vazão também corta ou permite uma A bobina de atuação usualmente évazão, porém é comandada pela própria isolada completamente do circuitovazão. Quando a vazão atinge um valor controlado. Ela pode ser atuada porcritico pré-ajustado, a chave muda os seus energia elétrica de característicascontatos, desligando o motor da bomba ou totalmente diferentes do circuitocompressor e tornando a vazão zero. controlados. Por exemplo, mA cc podeQuando se quer cortar a vazão de uma controlar kW de RF.válvula solenóide, basta energizar (ou Cada uma das várias estruturasdesenergizar) a sua bobina. mecânicas possui vantagens e desvantagens. Alguns respondem5. Relés rapidamente, menos de um microssegundo, mas não podem manipular5.1. Definição e Funções com segurança grande quantidade de O relé é uma chave comandada por energia. Alguns manipulam grandeuma bobina. Ele é uma chave porque ele quantidade de energia, mas são lentos.liga-desliga um circuito elétrico, permitindo Aproximadamente todas as formas sãoa passagem da corrente elétrica como o disponíveis com contatos abertos, comresultado do fechamento de contato ou invólucros vedados à poeira ouimpedindo a passagem da corrente hermeticamente selados. Alguns são adurante o estado de contato aberto. vácuo para manipular altíssimas tensões.Diferentemente da chave convencional que Alguns possuem contatos apropriados paraé acionada manualmente, o relé não manipular tensões de RF e para evitarnecessita da intervenção humana direta acoplamentos capacitivos.para ser operado. O relé eletromecânico éum dispositivo que inicia a ação numcircuito, em resposta a alguma mudançanas condições deste circuito ou de algumoutro circuito. O relé é geralmente usado paraaumentar a capacidade dos contatos oumultiplicar as funções de chaveamento deum dispositivo piloto adicionando maiscontatos ao circuito. Sob o ponto de vista Fig. 2.12. Bobina de relé eletromecânicode entrada-saída, o relé pode também serconsiderado como amplificador e Os relés de controle são disponíveiscontrolador. Ele tem um ganho de em vários arranjos de contatos NA e NF depotência, que é a relação da potência simples ou duplo throw. Em muitos relés émanipulada na saída sobre a potência de possível a mudança de contatos NA em NFentrada. Assim um relé pode requerer uma e NF em NA, através da mudança dacorrente da bobina de 0,005A em 50 V posição da mola. 2.10
  • 29. Componentes Eletromecânicos Há os relés de estado sólido, que sistema de proteção com purga ouutilizam transistores SCR, triacs e não são pressurização ou permitir que certoseletromecânicos. Nestes dispositivos, o componentes se aqueçam antes decircuito controlado é isolado do circuito de operar, através de atrasoscontrole por um transformador, acoplador predeterminadosóptico ou por um relé eletromecânico. 7. bloquear, sincronizar, variar taxas, detectar freqüências, detectar5.3. Aplicações diferenças de percentagens em A função de um relé é a de abrir ou aplicações especiais.fechar um contato elétrico ou um conjunto 5.4. Tipos de Relésde contatos, em conseqüência damudança de alguma condição elétrica. Os relés podem ser acionados por ca eEstes fechamentos e aberturas são usados cc. Podem manipular microvolts a kilovolts,em circuitos associados para selecionar microamperes e kiloamperes.outros circuitos ou funções, para ligar ou Os relés eletromecânicos sãodesligar outras funções. Esta mudança da disponíveis em variadas faixas de arranjoscondição elétrica é o sinal. de contatos. Um relé a semicondutor é Há algumas centenas de relés muito usado como piloto para um relédiferentes. O relé é usado para muitas eletromecânico.funções de controle. Entre suas A isolação elétrica entre contatos devecaracterísticas importantes para uso em ser muito elevada de modo que não hajacircuitos de controle estão: vazamentos, mesmo com altas tensões. O 1. operação remota espaçamento dos contatos deve ser 2. operação lógica grande para evitar arcos voltaicos no 3. controle de alta tensão através de controle de alta tensão. O acoplamento baixa tensão capacitivo deve ser mantido baixo. 4. isolação entre circuito de controle e O relé eletromagnético é atuado por de chaveamento força eletromagnética, que é produzida por Os relés podem ser usados para corrente elétrica fluindo através da bobina. 1. ligar e desligar correntes ou tensões Na maioria dos relés, a força magnética em ambientes hostis, no espaço move uma armadura de ferro. Em outros sideral ou em processos industriais relés, especialmente em relés de medição, onde a temperatura pode ser a bobina é que se move no campo extremamente alta ou baixa e magnético. perigosa à saúde humana Quando não há corrente na bobina, a 2. monitorar altas correntes e tensões armadura é mantida afastada do núcleo da de modo automático ou manual e bobina por uma mola e há contato com A. em condições perigosas Quando há corrente na bobina, o 3. operar simultaneamente vários campo magnético produzido atrai a circuitos ou equipamentos em altas armadura para o núcleo da bobina, velocidades diminuindo o espaçamento de ar. Quando 4. ligar e desligar equipamentos em diminui o espaçamento, a força de atração sistemas lógicos de intertravamento, aumenta, fazendo o contato sair de A e ir só permitindo a operação de um para B. A força de atração da bobina vence equipamento quando algum evento a força de resistência da mola de retorno. tenha ocorrido Quando a bobina é percorrida pela 5. proteger equipamentos de corrente, ela atrai a armadura. A armadura sobrecarga ou sob carga, quando a muda os contatos: o que era aberto, fecha, tensão, corrente, temperatura, o que era fechado, abre. pressão, vazão, nível ou qualquer Estes relés podem operar em ca e cc. outra variável do processo varie Quando se tem ca, um anel de cobre é além dos limites máximos e mínimos usado para evitar aberturas e fechamentos estabelecidos sucessivos. Quando se tem cc, obtém-se o 6. evitar a aplicação de tensão por um controle da resposta do relé determinado intervalo de tempo em 2.11
  • 30. Componentes EletromecânicosReed relé haste. A haste então retorna à sua posição Duas palhetas de material magnético original. Relés com retenção são usadosmontadas em uma cápsula de vidro em aplicações onde o relé é ligado porinstalada dentro de uma bobina constituem longos períodos. A potência pode serum reed relé. A corrente fluindo através da removida durante a operação ligadabobina produz um campo magnético, normal. Note que o relé de retenção oumagnetizando as palhetas, fazendo-as se com selagem não deve ser usado paraatraírem mutuamente, fazendo contato. As configuração de falha segura (fail safe).superfícies de contato são revestidas de Deve-se aplicar potência para desligar umligas metálicas preciosas. A ação mola circuito, este circuito não é de falha segura.requerida é provida pelas lâminas em si. Outro tipo comum de é o reed relé. OReed relés são os mais rápidos relés reed relé é de ação rápida, possui uma(eletromagnéticos) eletromecânicos: longa vida útil, usa baixa potência e éoperam com menos de 500 compacto. Muitos reed relés são do tipomicrossegundos. Eles são disponíveis em plug in, tornando fácil sua substituição. Ovárias configurações de contatos. Eles reed relé usa a ação magnética para suapodem ser polarizados, podem ser feitos operação e não a ação do solenóide. Pelaem latch relé que mantém a ultima posição ação magnética, quando a bobina do relé éassumida, mesmo quando a bobina é energizada, ela produz um campodesenergizada, com a adição de pequenos magnético. O material do braço do contatoelementos magnéticos permanentes. é magnético. Assim, as duas tiras do Reed relés são disponíveis com contato se tornam magnetizadas e secontatos secos ou a mercúrio (molhado). atraem entre si. Quando os contatos seMais de um conjunto de lâminas pode ser encontram, o circuito elétrico é fechado.usado com uma única cápsula ou várias Quando a potência é removida da bobina.cápsulas podem ser operadas por um os contatos se reabrem pela ação da molaúnico conjunto de bobina. Vantagens do dos braços do contato. Alguns contatos doReed relés: rápidos, pequenos, alta reed relé são de mercúrio, para aumentar aconfiabilidade e durável: > 10 de vida do relé. Eles são muito mais caros.operações. Relé a estado sólidoRelé eletromecânico Atualmente são disponíveis os relés de O tipo mais comum de relé é o estado sólido (SSR). O relé de estadoeletromecânico (EMR). O relé sólido substitui o relé eletromecânico emeletromecânico combina os princípios de várias aplicações. O relé a estado sólidochaveamento mecânico com a atuação do não possui peças móveis. O chaveamentosolenóide elétrica. Quando o solenóide é liga e desliga é conseguidoenergizada ou desenergizada, ela move eletronicamente.uma haste em uma direção e a pressão de O relé a estado sólido pode ser usadouma mola move a haste em direção para controlar cargas cc ou ca. Se o relé écontraria. A haste, por sua vez, abre e projetado para controlar uma carga cc, umfecha contatos. Os contatos são transistor de potência é usado para ligar aespecificados no estado não atuado, como carga à linha.NA ou NF. Os contatos de um relé podem O acoplador óptico do relé possui umser múltiplos. par casado: diodo emissor de luz e diodo Alguns relés eletromecânicos são do fotodetector. O diodo emissor de luz (LED)tipo retentivo (latching). Os relés retentivos está ligado à entrada e o diodo fotodetectorfecham quando se aplica potência aos dois está na saída. Quando a tensão de entradaterminais da bobina. Quando a potência é liga o LED, o fotodetector ligado à base doremovida da bobina, o relé permanece na transistor faz o transistor conduzir,posição selada. Para soltar, deve-se ou energizando a carga. Neste tipo de relé odesligar o relé ou aplicar potência em feixe de luz serve como o isolador entre oterminais diferentes do relé. Energizando circuito de controle e a carga do circuito.os terminais não selantes aplica-se Alguns relés a estado sólido usam umpotência em outra bobina, que libera a conjunto de contatos reed para disparar 2.12
  • 31. Componentes Eletromecânicos um triac. O circuito de controle é ligado à 2. são sensíveis às vibrações bobina do reed relé Quando a tensão de 3. são mais volumosos controle faz a corrente fluir através da 4. Os relés especiais mais comuns bobina, aparece um campo magnético em são: torno da bobina do relé, que fecha os 5. contadores seqüenciais com contatos reed, fazendo o triac conduzir. contatos de transmissão Neste tipo de relé o campo magnético 6. relés eletro-ópticos (acoplamento serve como o isolador entre o circuito de entre atuador e circuito de controle e a carga do circuito. fechamento e raio de luz) Na instrumentação, os relés competem 7. relés de medição com sensibilidade com diodos SCR, chaves a semicondutor e de 20 mW transistores. 8. relés de medição com 2 ou mais As vantagens do relé eletromecânico valores de atuação. sobre o relé a semicondutor são : 9. relés reed ressonantes para 1. baixa resistência e portanto baixa chaveamento com controle remoto. queda de tensão quando fechados e Relé temporizado alta resistência quando abertos (fornecem boa isolação entre o O relé temporizado é útil para provocar circuito controlado de alta energia uma ação atrasada por um breve período com o circuito de baixa energia) após uma outra ação, em casos onde o 2. manipulação de altas tensões e período de tempo é critico. Não se deve correntes, em larga faixa de confundir relé temporizado termal com o freqüências. temporizador, contador e programador de 3. operação em condições ambientais altíssima precisão. adversas. Os relés temporizados são similares 4. tamanho pequeno, baixo custo e aos outros relés de controle em que eles simplicidade. usam uma bobina para controlar a 5. memória funcional que não é operação dos contatos. A diferença entre perdida pela ausência da um relé de controle e um relé de atraso é alimentação. que os contatos do relé temporizado demoram um determinado tempo ajustável Carga para alterar seus contatos quando a bobina é energizada ou desenergizada. Os relés temporizados ou relés de Tensão cc atraso de tempo podem ser classificadosEntrada em relé de on-delay ou de off-delay. Quando a bobina de um relé temporizado on-delay é energizada, os contatos mudam os estados depois de um determinado Fig. 2.13. Transistor de potência para carga cc atraso. Por exemplo, o timer foi ajustado para 10 segundos e o contato é NA. Quando a bobina é energizada no relé on- delay, o contato continua aberto durante 10 Carga segundos e depois fecha. Quando a bobina for desligada, o contato volta imediatamente para a posição NA. Entrada Tensão ca ~ A operação do timer off-delay é oposta a do timer on-delay. Para o exemplo do timer ajustado para 10 segundos e para o Fig. 2.14. TRIAC para controlar carga cc contato NA, quando a bobina do relé off- delay for energizada, o contato imediatamente muda para fechado. As desvantagens do relé Quando a bobina for desenergizada, eletromecânico: porém, o contato permanece fechado por 1. são mais lentos 10 segundos e depois abre. 2.13
  • 32. Componentes Eletromecânicos Nos esquemas, os timers podem tersímbolos diferentes para seus contatos. As 6. Temporizadoresabreviações TO e TC são usadas paraindicar um contato operado pelo tempo. TO O temporizador, como o contador, é umse refere a tempo para abertura e TC, dispositivo lógico que permite o sistematempo para fechamento. O TC deve ser automático ativar equipamentos de saída,usado com relé on-delay para indicar o durante um estágio específico na operaçãotempo atrasado quando fechando e TO do processo. Ele é usado para atrasardeve ser associado com timer off-delay, ciclos de partida e parada, intervalos depara indicar o tempo atrasado quando controle, ciclos operacionais repetitivos eabrindo. tem a capacidade de rearmar o sistema ao Assim, na norma NEMA, tem-se os fim destes ciclos.contatos O temporizador pode ser disponível em 1. NOTC no contato on-delay - lógica de relé (eletrônico ou normalmente aberto tempo eletromecânico) ou como função lógica do fechando, Controlador Lógico Programável. 2. NCTO no contato off-delay - Os temporizadores pneumático e normalmente fechado tempo mecânico possuem a mesma aparência, abrindo. com um dial para ajustar o tempo de atraso Há vários princípios de funcionamento desejado. O símbolo de um temporizador épara os relés temporizados: dashpot, o mesmo para os vários tipos diferentes.bimetal-térmico, pneumático, eletrônico Um círculo simboliza a bobina ou motor(circuito RC). temporizado. Este elemento do temporizador é usado para rodar o5.5. Seleção de Relés intervalo de tempo ajustado. No fim do Fatores que afetam a seleção: custo, intervalo predeterminado, os contatostamanho, velocidade e energia requerida. elétricos mudam de estado, de aberto paraParâmetros mais restritivos: limitações de fechado ou de fechado para aberto.montagem, contatos selados ou abertos, É possível fazer quatro combinaçõesproteção contra geração de faíscas, de temporizadores, considerando a lógicaproteção contra condições ambientais de atraso para ligar (TON) ou atraso paradesfavoráveis. desligar (TOFF) e os contatos Para que os relés sejam aplicados normalmente abertos (NA) ou normalmentecorretamente, as funções dos relés devem fechados (NF). Assim, tem-se:ser claramente entendidas, as 1. NO/ON/TC (normally open, timed-características devem ser definidas, o relé closing - normalmente aberto,deve ser escolhido para satisfazer a temporizado para fechar, ligando)necessidade e o circuito deve ser projetado 2. NC/ON/TO (normally close, timed-para casar corretamente o relé com o resto opening - normalmente fechado,do sistema. Assim, devem ser definidos. temporizado para abrir, ligando) 1. a energia a ser controlada, 3. NO/OFF/TC, (normally open, OFF 2. o sinal de controle disponível, timed closing - normalmente aberto, 3. a quantidade de contatos desligam fechando com o tempo). necessária, 4. NC/OFF/TO (normally close timed 4. as condições ambientais, opening (NC/OFF/TO, normalmente 5. necessidade de relés selados, fechado, desliga abrindo com o 6. espaço disponível para o uso do relé tempo. 7. problemas de vibração, ruídos e Seus símbolos são diferentes. temperatura, O tipo de temporizador mais comum é 8. proteção dos contatos contra arcos time-delay TON: depois do intervalo de voltaicos, faíscas, solda por tempo predeterminado ser completado, derretimento, depois da bobina ser energizada, os 9. manutenção dos contatos sempre contatos mudam de estado, de aberto para limpos, principalmente para baixas fechado ou de fechado para aberto. correntes. Quando a bobina é desenergizada, os 2.14
  • 33. Componentes Eletromecânicoscontatos voltam ao seu estado original,instantaneamente. Alguns temporizadores NOTCpodem ser resetados por um circuitoseparado e não resetadosautomaticamente quando a bobina fordesenergizada. NCTO On Entrada bobina (a) Atraso para energizar temporizada Off NOTC On Off Atraso para ligar energizada Atraso para desligar energizada On Off Tempo atraso NCTOFig. 2.15. Gráfico do tempo para timer TON (b) Atraso para desenergizar Fig. 2.17. Contatos temporizados Entrada bobina temporizada On Off Em circuitos de lógica de relés, os On temporizadores e contadores são unidades Atraso para desligar energizada individuais montadas no painel e fiadas Off fisicamente. Atraso para desligar desenergizada Para a função de temporização do On CLP, o temporizador é gerado no Off programa, chamando-o como uma função Tempo especial. Há somente um tipo de função de atraso temporização no CLP: atraso de tempo de ligar. Qualquer outro tipo de necessidadeFig. 2.16. Gráfico do tempo para timer TOFF de temporização pode ser realizado pelo uso de combinações de um número de Alguns temporizadores mudam de funções de temporização no CLP.status dos contatos da saída, depois de Quando a função de temporização éintervalo de tempo, quando a bobina é chamada pelo teclado, aparece o bloco dodesenergizada, são os TOFF. temporizador. O bloco é programado com Em situações de temporização, devem três parâmetros:ser considerados os status da saída em 1. número ou tag do temporizador, p.três tempos: ex., TS017 ou 31. 1. antes de partida, quando o circuito 2. o valor do tempo do intervalo de está no estado predeterminado, temporização, p. ex., 14 s para 2. durante o período de contagem do cada formato tempo, 3. registro especificado onde a 3. após o intervalo de tempo ter contagem se processa, p. ex., expirado, quando o circuito é HR101 ou função 31. acionado. Há duas entradas para a função de temporização: 1. entrada que começa a função de intervalo de temporização, 2. entrada que habilita - rearme (enable - reset). 2.15
  • 34. Componentes Eletromecânicos Quando a entrada enable - reset está ele pára onde estiver e não é resetadodesligada, o temporizador não conta para 0.mesmo se a linha de contagem estiver No formato bloco, seja IN 002 fechadaligada. Quando a entrada enable - reset e IN 001 ligada. Após 6 segundos, IN 001está desligada, o temporizador pode é aberta. O temporizador retém acontar. Quando a entrada enable - reset é contagem de 6. Como o tempo ainda nãodesligada após o temporizador terminar o atingiu o valor predeterminado de 14, atempo, o temporizador é resetado para saída do temporizador ainda estázero. desligada. O temporizador não reseta até que IN 002 seja aberta. Se algum tempo mais tarde IN 001 é fechada novamente, IN001 ele conta mais 8 segundos depois do Rodar Preset fechamento de IN 001, e a bobina do 014 temporizador irá energizar quanto atingir 14 (6 + 8). IN002 No formato bobina, IN7 é para Habilita - Reg HR101 temporizar RT31 = RN. IN8 habilita RT31 – Reset RS. Quando o temporizador liga, sua saída 31 (interna) liga a saída 78.(a) Formato de bloco IN 7 Tab. 4.1. Seqüência do temporizador 31 RN Rodar RT Status Tempo Tempo Convenção Reset durante expirado IN 8 Aberto Aberto Fechado O O X Habilita - 31 RS Reset RT Aberto Fechado Aberto O X O 31 Fechado Aberto Fechado X O X Saída do 78 timer O O – contato aberto X – contato fechado(b) Formato de bobinaFig. 2.18. Temporizador com duas entradas Preset é onde o valor da temporização éestabelecido. Ele pode ser uma constanteou um registro designado. Reg. é o registro designado em que acontagem ocorre. Um temporizador deve ter duasentradas. A entrada IN002 é a linha dehabilitar-resetar, que permite otemporizador rodar quando energizado.Quando desenergizado, o temporizador émantido em 0 ou resetado para 0. A linhaIN001 faz o temporizador rodar quando oele for habilitado. Quando habilitado, otemporizador roda enquanto IN001 estiverenergizada. Se IN001 é desenergizadaenquanto o temporizador estiver rodando, 2.16
  • 35. Componentes Eletromecânicos 6.1. Atraso para ligar 6.2. Atraso para desligar Quando o circuito é ligado, ocorre uma Tem-se dois motores: principal e da ação. Depois de um determinado tempo, bomba de lubrificação. O motor de ocorre outra ação. São mostradas as lubrificação deve ser ligado durante um lógicas com relé e com CLP. intervalo de tempo (e.g., 20 s) e depois desligado, e o principal continua operando. SW1 8s A IN 01 CR 17 CR 17-1 TDR Motor B IN 01 CR 18 Preset Lógica LT1 20 s TDR - 1 TS IN 01 Reg. HR 161 LT2 (a) Diagrama elementar IN 01 CR 18 CR 19 Lubrificação IN 01 CR 17 A CR 19 CR 17-1 CR 18 B (a) Bloco funcional do CLP 8s CR17-2 Cont. HR 001 On Saída 17 Off O X O IN 03 20 s On (b) Bloco funcional do CLP Lógica 18 Off XO O X On OnLT1-CR 017 O X X Saída 19 O X O Off Off On 8s IN 01 On IN 01 OffLT2-CR 018 Off O O X SW1-IN 01 On SW1-IN 01 Off (b) Diagrama de tempo (c) Diagrama de tempo Fig. 2.20. Temporizador para desligar Fig. 2.19. Temporizador para ligar 1. Quando a chave SW1 é ligada, lâmpada A acende 2. Oito segundos depois, lâmpada B acende 3. As duas lâmpadas apagam ou permanecem apagadas, sempre que SW1 estiver aberta. 2.17
  • 36. Componentes Eletromecânicos Preset é onde o valor da contagem é7. Contadores estabelecido. Ele pode ser uma constante ou um registro designado. Os contadores podem ser mecânicos, Reg. é o registro designado em que aelétricos ou eletrônicos. Um contador não contagem ocorre.reseta automaticamente quando a sua Um contador deve ter duas entradas.bobina é desenergizada, como faz o Se IN002 está aberta, o contador está emtemporizador. Se fosse assim, ele contaria 0, quando IN002 é fechada, o contador éaté 1 e resetaria em 0 e não sairia disso. O habilitado. Em qualquer tempo durante acontador necessita de um dispositivo ou operação que IN002 é reaberto, o contadorligação separada para resetá-lo. Os reseta para 0.contadores podem ser crescentes No formato bloco, quando habilitado, o(contagem sobe continuamente) ou contador irá contar cada vez que a entradadecrescentes (contagem desce IN 001 vai de aberta para fechada. Ele nãocontinuamente). conta quando IN 001 vai de fechada para A função de contador do CLP opera de aberta. Seja a contagem ajustada para 21.modo semelhante à função do Começando de 0, o contador incrementatemporizador. Quando a linha enable - um número cada vez que os pulsos dereset está ligada, o contador conta uma entrada se ligam. Quando a contagem 21 évez cada momento que a linha de atingida, não há mais mudança na saída. Acontagem é ligada. Quando uma contagem saída fica ligada e o contador continua apredeterminada é atingida, a saída fica incrementar.ligada. A contagem predeterminada pode A função contagem crescente éser uma constante, como mostrada, ou parecida com a contagem decrescente,pode ser contida em um registro, como na exceto que uma contagem aumenta afunção temporizador do CLP. Quando a outra diminui.linha enable - reset é desligada, o contador Se o contador fosse decrescente, elereseta para zero. começaria em 21. Quando os pulsos de entrada são recebidos em IN 001, o contador diminui de 21, 20, 19, ...). Quando IN001 o contador atinge 0, a saída do contador Contador Preset fica energizada. Qualquer pulso adicional 021 que chega na entrada IN 001 não afeta o status da saída IN 001. IN002 No formato bobina, as contagens de Habilita - Reg HR102 pulsos são por IN1 a UC 32. A contagem Reset ajustada é 21. O comando Habilita – Reset é feito por IN02. Quando uma contagem de 21 é atingida, o contato 32 energiza a(b) Formato de bloco saída 74. Para alguns formatos de contador, não mostrados aqui, uma linha de uma função IN 1 C 32 contador em cada bloco é a linha de Contador UC habilitação. A detecção da contagem é Contador 21 feita pela função bloco de um registro IN 2 específico ou entrada no bloco. Uma linha Habilita - E 32 de reset para o bloco contador é incluída UC Reset depois no programa ladder. 32 A operação de contagem é 74 normalmente não retentiva. Abrindo a Saída do OT entrada habilitada IN 002, em qualquer contador momento, irá resetar o contador para 0, no CLP. Quando IN 002 é fechada de novo, a(b) Formato de bobina contagem não é retida como um ponto deFig. 2.21. Contador básico nova partida. 2.18
  • 37. Componentes Eletromecânicos 7.1. Contagem simples IN 01 CR 17 Após um determinado número de contagens, a saída do contador liga, para IN 02 CR 18 energizar um indicador. O status da saída Contador Preset pode também ser utilizado na lógica do 06 diagrama ladder na forma de um contato. IN 01 O contador funciona se sua linha de Reg Habilita habilitação é energizada. Depois que a HR 75 entrada de contagem atinge 18 pulsos, a saída do relé é energizada. IN 03 CR 19 Contador Preset 08 UC CR 21 IN 01 IN 04 Habilita RegContador Preset HR 76 018 CR 20 IN 01 CR 19 IN 06Habilita Reg HR 037 CR 18 (b) Diagrama ladder Fig. 2.22. Operação básica do contador no CLP Fig. 2.23. Aplicação com dois contadores 7.2. Dois contadores CR 17 – relé mestre do sistema CR 18 – Lógica para contar até 6 (C) A aplicação envolve dois contadores. CR 19 – Lógica para contar até 8 (D) Quer-se que um indicador de saída fique CR 020 – vai para uma lâmpada piloto ligado quando houver 6 peças de uma para indicar quando, no esteira C e oito peças de uma esteira D mínimo, 6 peças A e 8 peças B entrada na esteira comum E. O circuito entraram na esteira E. monitora as duas contagens. IN 02 e IN 03 são sensores de proximidade que dão um 7.3. Número de peças pulso quando uma peça passa por eles. O O sistema é para contar a diferença do circuito não indica mais do que seis ou oito número de peças que entram e que saem peças, ele somente indica quando há de uma esteira. peças suficientes. O número de peças que entram na Para repetir o processo, abrir IN 01 esteira é contado pelo contador com para resetar o sistema. Depois , fechar de entrada IN 02 e o número de peças novo IN 01. deixando a esteira é contado pelo contador com entrada IN 03. Cada contador é alimentado pela saída de uma chave de Para IN 02 proximidade. É necessário que a contagem inicial seja exata. Quando começando a Esteira E operação, o número de peças na esteira deve ser determinado. Este número de contagem é programado no registrador Para IN 02 comum, HR 101. Normalmente, é necessário colocar este número no contador decrescente, como o número (a) Lógica das esteiras predeterminado. Então, qualquer peça indo na esteira, pulsa o contador crescente. O registro do contador, que é comum aos 2.19
  • 38. Componentes Eletromecânicosdois contadores, tem seu valor aumentadopor um, para cada peça que entra. Do 8. Proteção de Circuitosmesmo modo, as peças deixando a esteiradiminuem a contagem do registro comum Grandes picos de correntesatravés do contador decrescente. O valor provenientes de sobrecargas ou curtos-no registro HR 101 representa o número circuitos podem ocorrer acidentalmente emde peças na esteira, assumindo que circuitos elétricos. Tais picos de correntenenhuma peça caiu da esteira e nenhuma podem destruir componentes, provocarfoi colocada no caminho. choques elétricos ou resultar em incêndios, O valor do contador crescente não se não forem parados a tempo. Paraimporta, nesta aplicação. Não importa se proteger os sistemas contra os danos desuas saídas estão ligadas ou desligadas. A tais sobrecargas inesperadas, são usadoslógica da saída não é usada. Na figura, o dispositivos de proteção. Os mais comunsvalor colocado predeterminado é 999, sãoarbitrário.8. Dispositivos de Proteção 1. fusível 2. disjuntor 3. limitador de corrente 4. térmico 8.1. Fusível Esteira HR 101 O fusível é basicamente um pedaço deContagem das peças fio fino projetado para se aquecer e Contagem das peçasque entram na esteira que saem da esteira derreter quando for percorrido por uma corrente maior do que a especificada. O fusível é colocado em série com o circuito (a) Lógica da esteira a ser protegido. Os fusíveis devem ser colocados na linha quente ou na fase e não no linha neutra ou de terra. Quando o IN 01 CR 17 fusível é colocado na linha neutra, o Sistema circuito eletrificado poderia permanecer no IN 02 CR 18 potencial da linha quente, mesmo com o fusível queimado. Preset Peças na entrada O fusível destrói uma parte do caminho 999 de condução da corrente, se derretendo, IN 01 quando a corrente que flui por ele excede Reg um valor predeterminado. A queima do HR 101 fusível interrompe a corrente no resto do IN 03 CR 19 circuito. A interrupção deve ser muito Preset Peças na rápida, para que os componentes em série saída sejam protegidos. Há aplicações que requerem a ação IN 01 retardada do fusível. Alguns circuitos Reg Ajustar para HR 101 contagem inicial podem suportar grandes picos de corrente de peças de curta duração mas devem ser protegidos contra picos de corrente de longa duração. Devem ser usados fusíveis(c) Diagrama ladder de ação retardada ou de queima lenta (slow blow). Um fusível de ação retardadaFig. 2.24. Aplicação para contagem de número de resiste a altas correntes de curta duração.peças na esteira Porém, se a sobrecarga ou curto-circuito persiste por longo período, este fusível também deve se abrir. Aplicações típicas de fusíveis com retardo se referem a proteção de motores elétricos. A corrente de partida do motor é momentaneamente 2.20
  • 39. Componentes Eletromecânicosalta e a corrente de regime é muito menor. circunstância, um fusível especificado comO fusível deve permitir a partida do motor e menor tensão do que a tensão aplicadadeve protege-lo contra alta corrente de realmente entre seus terminais,regime permanente. independente de sua corrente nominal. O A queima de um fusível é uma fusível pode ser usado em qualquer tensãoindicação que houve (ou ainda há) um menor que a sua especificada, sem afetardefeito dentro do circuito que o fusível está suas características de projeto.protegendo. Antes de substituir o fusívelpor um novo, é aconselhável analisar ocircuito para verificar se há algum defeitopermanente. O fusível é descrito de acordo com arelação entre o valor da corrente circulandoatravés dele e o tempo que ele leva parainterromper a corrente. A terminologiacomum para descrever os tipos de fusíveisinclui: ação rápida, alta velocidade ouinstrumento Fig. 2.25. Fusíveis para alta corrente padrão, normal ou atraso médio atraso, retardado, ação lenta ou queimalenta A corrente especificada no fusível fusível térmico indica o valor de teste padrão da corrente Cada tipo, disponível em diferentes de carga. Os fusíveis de ação rápida sãocapacidades de corrente, protege o circuito projetados para suportar 100% de suaeletrônico se o tempo de interrupção do corrente nominal, mas irá queimar muitofusível é suficientemente rápido. rapidamente quando sua corrente exceder O fusível térmico é destruído de uma pequena percentagem. Os fusíveisprincipalmente pela temperatura e não de ação normal geralmente são projetadosapenas pela corrente que circula por ele. para suportar 110% de sua correnteEle pode suportar grandes correntes, nominal por um período mínimo de quatroporém se queima quando a temperatura do horas ou 135% de sua correntecomponente que ele protege atinge especificada por períodos menores quetemperatura critica. Ele se queima com a uma hora ou 200% de sua correntealta temperatura, mesmo que a corrente nominal por um máximo de 30 segundos.que circula por ele seja pequena. Ele é Os fusíveis de ação retardada sãousado principalmente para estabelecer a projetados para suportar 110% de suaclasse de temperatura de equipamentos corrente nominal por um período de quatroelétricos. Geralmente este fusível é horas mas se a corrente atinge 135% doenrolado (wrap in) no circuito e não valor nominal, ele abrirá dentro de umasoldado, pois a temperatura da solda o hora. Quando o fusível de ação retardadaromperia. é percorrido por uma corrente 200% do Todos os fusíveis têm especificações valor nominal, ele irá interromper ade tensão, corrente e queima. Todas as corrente dentro de um período de 5especificações se aplicam aos tipos ação segundos a 2 minutos.lenta, ação normal e ação rápida, É fundamental ter o conhecimento e oindependente do tamanho. entendimento da literatura técnica A especificação da tensão marcada no fornecida pelo fabricante do fusível, parafusível é uma garantia do laboratório relacionar o tipo do fusível (ação rápida,certificado para risco de fogo. Isto indica normal ou retardada), identificação alfaque o fusível ira seguramente abrir sem numérica empregada, a amperagemprovocar arco voltaico ou explodir em uma nominal, a tensão e o tamanho físico.situação de curto-circuito, quando a tensãoé igual ou menor que a tensãoespecificada. Nunca use, em nenhuma 2.21
  • 40. Componentes Eletromecânicos O circuito eletrônico com disjuntor com8.2. Disjuntor (Circuit Breaker) rearme manual ou automático possibilita O disjuntor é um equipamento de uma economia de tempo e de componente,proteção que também abre um circuito pois o dispositivo protetor não precisa serquando há uma sobrecarga aplicada nele. substituído. O disjuntor é um dispositivoDiferente do fusível que se destrói, o protetor do circuito elétrico que não sedisjuntor apenas se desarma. danifica irremediavelmente quando opera. O disjuntor geralmente consiste de uma O disjuntor pode possuir capacidadeschave que é mantida fechada por uma definidas da corrente de regimetrava. Para abrir o circuito, a saliência é permanente, a corrente de desligamento eliberada. Basicamente, há dois a corrente de manutenção. A corrente demecanismos para atuar e desatuar o desligamento descreve o valor da correntedisjuntor: que irá desligar o disjuntor, protegendo o 1. eletromagnético circuito de correntes maiores que a 2. térmico nominal. A corrente de manutenção indica Quando a corrente excede o valor a mínima corrente permissível para ocritico na bobina eletromagnética, o campo disjuntor particular. Qualquer valor demagnético aciona uma barra metálica corrente menor que o valor de manutençãocolocada dentro do seu campo e a trava do não permitirá o rearme do disjuntor.disjuntor é liberada. No mecanismo São disponíveis disjuntores para 125 Vtérmico, uma tira bimetálica é aquecida (padrão), 6 V até 24 V. As correntes típicaspela corrente que passa por ela e produz são, em ampères:um pequeno movimento. Quando acorrente excede o valor critico, a tira 5 6 8 10 12bimetálica aciona a trava, abrindo o 15 18 20 25 30circuito. Em ambos os mecanismos 40 45 50eletromagnético e térmico, há uma mola eum dispositivo para rearme do disjuntor.Quando a causa do excesso de corrente élocalizada e removida, o disjuntor pode serrearmado (reset) para sua posição decondução por uma botoeira ou chave. Porcausa desta chave, o disjuntor podetambém ser usado para liga-desliga. (a) Normal (b) Atuado, desligadoFig. 2.26. Disjuntor 2.22
  • 41. 3 Símbolos Lógicos1. Lógica 1.3. Lógica Seqüencial1.1. Conceito Geralmente, tenta-se distinguir binário, acionado por evento e lógica instantânea Em sistemas de controle, a palavra de lógica seqüencial. Isto está maislógica é geralmente usada tem termos de relacionado com as dificuldadesrelé lógico ou lógica de controlador associadas em representar a lógicaprogramável, o que não é muito lógico. O seqüencial do que com as diferenças reais.termo lógico está geralmente associado Não há nenhum problema prático emcom o conceito de binário, que significa considerar equivalentes todos os conceitospossuir um de apenas dois estados acima.possíveis, tais como liga-desliga, aceso-apagado, alto-baixo, verdadeiro-falso, A lógica seqüencial foi manipuladapresente-ausente, maior-menor, igual- menos satisfatoriamente no passado dodiferente ou 1-0. A palavra lógica se refere que a lógica combinatória. A lógicaa um sistema que obedece a um conjunto seqüência é geralmente representada defixo de regras e sempre apresenta o um modo que requer muito maismesmo conjunto de saídas para o mesmo conhecimento técnico por parte do leitorconjunto de entradas, embora estas não técnico que deve analisar orespostas possam ser modificadas por documento. Foi desenvolvida umaalguma condição interna, como o estado metodologia mais simples que mudoude uma saída de um temporizador ou estes conceitos. O IEC publicou a normacontador. A lógica sempre trabalha com as 848 (Preparação das Cartas Funcionaiscombinações de E (AND), OU (OR), NÃO para Sistemas de Controle, 1988).(NOT) e nunca com TALVEZ. Os diagramas lógicos binários são usados para tentar tornar o trabalho mais1.2. Lógica de relé e programas fácil, para fazê-lo menos dependente do No início, a lógica de relé foi usada conhecimento do equipamento específico epara o simples intertravamento de circuitos para fazê-lo mais funcional na orientação.de controle elétrico: 1. Se a corrente de um motor exceder um determinado valor pré- estabelecido, ele deve ser desligado. 2. Se o aquecedor elétrico ultrapassar determinada temperatura, ele deve ser desligado. 3. Se uma correia de esteira estiver rodando com uma extremidade fora, ela deve ser parada. Para um dado conjunto de entradas,uma decisão deve ser feira e uma açãotomada. 3.1
  • 42. Símbolos Lógicos partes componentes deste modo mais ou1.4. Lógica CLP menos abstrato, o problema e a sua O controlador lógico programável (CLP) solução podem ser conceitualizados, oatualmente substitui, com vantagens, os equipamento pode ser escolhido e asistemas complexos de relés. solução pode ser executada mais O CLP é freqüentemente programado eficientemente.emulando diagramas ladder de relés, pois A primeira fase é a conceitualização.estes diagramas são facilmente entendidos Como o objetivo é conceber esquemas depor muitas pessoas não instrumentistas. O controle que envolvam um processo, lógicaproblema que permanece é que o para controlar este processo e a interfacediagrama ladder é orientado para de operação que permita ao operadorequipamento e requer um conhecimento intervir a qualquer momento no processo, éde circuito elétrico. A diagramação lógica razoável incluir estes elementos em umbinária é uma tentativa de reduzir a lógica desenho ou esquema conceitual.complexa que existe entre as entradas e A segunda fase, execução, envolvesaídas de um sistema para a detalhes de execução ou instruções pararepresentação mais simples possível. um CLP. Este fase requer o conhecimento Uma grande vantagem do diagrama apenas das entradas imediatas e não daslógico binário sobre o diagrama ladder é a condições que as geram. Nesta fase, éfacilidade com que a lógica binária pode razoável eliminar muitos detalhesser combinada com uma representação do irrelevantes associados com o processo ouprocesso sendo controlado, que dá um com a interface do operador.entendimento mais claro da ligação entre o 2.1. Tipos de documentoscontrole do processo e sua lógica. Mesmoque o CLP seja programado através dos Quando se vai do conceito para asímbolos do diagrama ladder, é ainda mais execução, pode-se perceber que, nofácil trabalhar e entender o esquema mínimo, dois tipos de documentos sãobásico representado por lógica binária. necessários. O documento de execução é geralmente o único que é visto2. Conceituação e Execução formalmente. O documento de conceito existe, como um esquema de engenharia Há uma sutil mas importante diferença ou como uma tentativa de combiná-lo comentre as duas fases que devem ser o diagrama de fluxo de engenharia. Paraconsideradas para se ter um esquema de lógica complexa, o documento conceitual écontrole trabalhável envolvendo lógica completamente insatisfatório. Muitabinária. A primeira fase é comum a todo o confusão seria evitada se o documentoequipamento e a segunda depende muito conceitual fosse um desenho formal.mais do equipamento específico usado. A Na realidade, mais do que estes doisprimeira fase responde a pergunta: O que tipos de documentos estão envolvidos,precisa ser feita para determinado quando de vai do conceito para aprocesso? A segunda fase responde a execução. Usualmente, o processo dequestão: Sabido o que deve ser feito, como conceitualização começa com o diagramafazê-lo? de fluxo do processo. Nesta etapa, uma Quebrando o projeto nestas duas descrição geral, resumida, narrativafases, O que fazer? e Como fazer?, as esquematiza o processo, o que é para sercoisas andam mais facilmente. O problema feito e as necessidades da interface dopode ser claramente definido sem a operador. Quando o diagrama de fluxo dorestrição da necessidade do conhecimento processo é desenvolvido, no mínimo, asdetalhado do equipamento disponível. O entradas e saídas são definidas. Assimprojeto pode ser discutido entre pessoas que as entradas e saídas do processoque podem conhecer o problema mas que estão definidas, o documento lógicopodem ter diferentes graus de conceitual pode ser desenvolvido. Depoisconhecimento do equipamento (e de aprovado o documento conceitual,programa) disponível para sua solução. pode-se começar a fazer os documentosQuando o projeto é dividido em suas de execução. 3.2
  • 43. Símbolos Lógicos Pode-se ir diretamente do documento discretos de relés e chaves. As portaslógico conceitual para um diagrama ladder, podem manipular apenas um sinal decomo o documento final de execução para entrada, exatamente dois ou podem serrelé ou CLP. Porém, em sistemas grandes extensivas, manipulando de dois atée complexos, é recomendável ter um dezenas de entradas.documento intermediário que seja As portas lógicas básicas são:entendido por aqueles que não 1. OR (também OR EXCLUSIVO)necessariamente entendem os detalhes do 2. ANDdiagrama ladder. Este documento pode 3. NORtambém ser usado para verificação 4. NAND(ckeck), pois ele mostra toda a lógica 5. INVERSOR ou NOTinterna e simboliza todas as entradas esaídas sem os detalhes irrelevantes do 3.1. Porta ORprocesso ou da interface do operador. A porta OR possui duas ou mais entradas O documento final de execução e uma única saída. As entradas sãogeralmente é o diagrama ladder, utilizado designadas por A, B, ... N e a saída por L.em sistema com relé ou com CLP. No caso As entradas podem assumir só 0 ou 1.de CLP, ele pode ser gerado por um A expressão para o OR é: A + B = Lprograma associado (p. ex., PGM, A saída de uma porta OR assume oReliance) estado booleano 1 se uma ou mais2.2. Documentos lógicos conceituais entradas assume o estado 1. A saída do OR é 1 se alguma das entradas for 1.O documento lógico conceitual tentaresponder a questão: Como se consegue ir Símbolosaté lá daqui? Um diagrama de fluxo de Os símbolos MIL, NEMA e ANSI são:engenharia (P&I) não é uma ferramentaadequada para fins de lógica. Também, odiagrama ladder é muito especializado ORpara fins de conceitualização. Assim, amaior utilidade do diagrama conceitual é Contatos MIL NEMA ANSIcomo uma ferramenta que permite aoprojetista lógico raciocinar através doprocesso presente sem muitaconsideração acerca das especificações Fig. 3.1.Símbolos da porta ORfinais do equipamento a ser usado paraexecutar a lógica. Há três divisões básicas no documento Tabela verdadelógico conceitual: Tabela verdade 0R para duas entradas 1. desenho do processo sendo controlado sem entrar em detalhes A B L que são irrelevantes para o controle 0 0 0 deste processo 0 1 1 2. desenho da lógica 1 0 1 3. desenho da interface do operador, 1 1 1 desde que nada é totalmente Circuitos equivalentes automatizado e tudo requer a Exemplo do uso OR em controle de intervenção eventual do operador. processo é ligar uma lâmpada através de3. Portas Lógicas qualquer uma de duas chaves ou ambas. Portas lógicas são circuitos eletrônicosque operam com entradas e saídasbooleanas, que podem assumir apenas osvalores 1 ou 0. Eles podem sermicroprocessados ou com contatos 3.3
  • 44. Símbolos Lógicos Circuito equivalente Um circuito equivalente com duas A chaves para uma porta OR EXCLUSIVO é mostrado abaixo. Quando qualquer uma A das duas chaves estiver ligada e a outra desligada, a lâmpada está ligada. Quando L as duas chaves estiverem V simultaneamente ligadas, a lâmpada fica apagada. (a) Com chaves A A A L A B A B B V B B (b) Com relés (a) Com chavesFig. 3.2. Circuitos para porta OR A3.2. Porta OR Exclusivo O OR exclusivo é uma porta com duas Bentradas, cuja saída é 1 se e somente se A Bos sinais de entrada forem diferentes.Quando as entradas forem iguais, a saídaé zero. A B A Equação do OR exclusivo é A ⊕ B = L ou AB + AB = L (b) Com relésSímbolos Fig. 3.4. Circuitos para OR exclusivo + OE MIL NEMA ANSIFig. 3.3. Símbolos da porta OR exclusivoTabela Verdade OR EXCLUSIVO A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 3.4
  • 45. Símbolos Lógicos3.3. Porta AND A A porta AND tem duas ou maisentradas e uma única saída e opera deacordo com a seguinte definição: a saídade uma porta AND assume o status 1 se e Bsomente se todas as entradas assumem 1. A equação do AND é L A.B=L A B AxB=L AB = LSímbolos Fig. 3.6 (b). Circuito equivalente a AND com relés A Contatos 3.4. Porta NOT MIL NEMA ANSI A porta NOT ou inversora produz uma saída oposta da entrada. Esta porta éFig. 3.5. Símbolos da porta AND usada para inverter ou complementar uma função lógica. O inversor, diferente dasTabela Verdade outras portas lógicas que possuem duas ou mais entradas e uma saída, só possui A B C uma entrada e uma saída. A saída é o 0 0 0 inverso ou oposto da entrada. 0 1 0 A equação do NOT ou inversor é 1 0 0 1 1 1 A =L SímbolosCircuito equivalente O circuito equivalente da porta ANDcom chaves é mostrado abaixo. NEMA ANSI MIL Fig. 3.7. Símbolos da porta NOT A B Tabela Verdade do NOT V A L L 0 1 1 0 Circuito equivalente O circuito equivalente para um INVERSOR com reles é mostrado abaixo.Fig. 3.6 (a). Circuito equivalente a AND com chaves 3.5
  • 46. Símbolos Lógicos Tabela Verdade NAND R A B AND NAND A 0 0 0 1 L R 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0Fig. 3.8. Circuito NOT ou inversor 3.6. Porta NOR3.5. Porta NAND NOR é a porta oposta a OR. Quando todas as entradas são 0, a saída é 1. NAND é a porta oposta à AND. Quando A equação do NOR étodas as entradas NAND são 1, a saída é A +B = Lzero. Em todas as outras configurações, a A ×B = Lsaída do NAND é zero A equação do NAND é Símbolo: AB = L A +B = L ORSímbolo: MIL NEMA ANSI Fig. 3.11. Símbolos da porta NOR A MIL Tabela Verdade NEMA ANSIFig. 3.9. Símbolos da porta NAND A B OR NOR 0 0 0 1Circuito equivalente 0 1 1 0 O circuito equivalente da porta NAND 1 0 1 0com chaves é mostrado abaixo. 1 1 1 0 Circuito equivalente A O circuito equivalente da porta NOR com relé é mostrado abaixo. B A A L B B A B L Fig. 3.10. Circuito equivalente a NAND Fig. 3.12. Circuito equivalente a NOR 3.6
  • 47. Símbolos Lógicos4. Exemplos lógicos PAINEL4.1. Circuito retentivo HM HMS S 501 Um dos circuitos lógicos mais comunsé o circuito retentivo (hold) para motoreselétricos (Fig. 3.13). A figura mostra adivisão do diagrama em três áreas: painel(display), lógica e campo (outras áreas NOTtambém poderiam ser adicionadas, como OR LÓGICAárea do painel cego). O botão PARTIDA(HMS 500) envia um sinal para a porta OR,que passa qualquer sinal recebido. O sinal Avai para uma porta AND, que produz umasaída somente quando todas as entradasestão presentes. Como a botoeiraPARADA (HMS 501) não está sendoapertada, a porta NOT inverte o sinal zeropara um sinal positivo, satisfazendo a porta CAMPAND e uma saída é produzida. A saída deAND vai para o motor e volta para aentrada da porta OR para manter a lógica,mesmo quando o botão PARTIDA deixa deser pressionado. Quando o botão PARADAé apertado, a porta NOT inverte o sinalpositivo, de modo que a porta AND nãoseja mais atendida e o circuito retentivo édesligado. Note-se que são usadas muitas Fig. 3.13. Circuito retentivopalavras para descrever um sistemasimples que pode ser facilmenterepresentado por poucos símbolosconhecidos. Note, também, que todos ossímbolos lógicos estão representados nafigura. Está mostrada a lógica do processo,não a proteção do equipamento. Assim, orelé de sobrecarga, relé termal e outrosdispositivos de intertravamento não estãomostrados, embora pudessem ser tambémrepresentados. Deve-se notar ainda queparece que o motor recebe sua potênciada lógica. Isto obviamente não ocorre, masa representação é simples e não diminui oentendimento do circuito. 3.7
  • 48. Símbolos Lógicos PLL HMS HMS ZLL HMS HMS YL PAINEL 108 503 504 220 505 506 402 NOT NOT OR OR LÓGICA A A T CAMPO <1 psig S ZSL PSL 220 108 PSV 109 YV 322Fig. 3.14. Funções de campo 2.8
  • 49. Símbolos Lógicos5.4. ANSI/ISA S5.2: Diagrama lógico 5.5. Diagrama lógicobinário para operações de processo Antes de se desenvolver um diagrama Esta norma tem o objetivo de fornecer lógico, deve se ter um diagrama de fluxo. Aum método de diagramação lógica de Fig. 3.25. é um diagrama de fluxo desistemas de intertravamento binário e processo. Deve se ter também uma brevesequenciamento para a partida, operação, descrição narrativa, ponto por ponto, doalarme e desligamento de equipamento e objetivo do projetista. Então segue se oprocessos na indústria química, diagrama lógico. A Fig. 3.26 é umpetroquímica, refino de metal e outras diagrama lógico associado com o diagramaindústrias. A norma pretende facilitar o de fluxo da Fig. 3.14.entendimento das operações binárias e Os diagramas mostram muitos dosmelhorar as comunicações entre técnicos, símbolos binários lógicos para operação dogerentes, projetistas, operadores e pessoal processo. Os símbolos de função dede manutenção, ligados ao sistema. entrada e saída são os balões e Entre a documentação conceitual e a bandeirolas dos instrumentos da normade execução, o pessoal de gerenciamento ANSI/ISA S 5.1. As declarações dee operação acha maior utilidade na entradas e saída são interpostas entre osconceitual do que na de execução, pois a balões ou bandeirolas e as setas deligação com o processo é mais explícita. continuação e a lógica levam de um As diferenças básicas entre os desenho lógico para outro. A lógica flui dadiagramas de conceituação e de execução esquerda para a direita. As setas usadassão: somente onde necessárias, para melhor1. O diagrama conceitual tem uma entendimento do fluxo de sinal. orientação vertical, pois o processo é Aqui estão os principais pontos usualmente visto operando referentes à apresentação lógica como horizontalmente e as linhas de sinal mostrado na Fig. 3.26. são mais bem mostradas 1. Os desenhos são mais fáceis de perpendiculares ao processo. O seguir se todas as entradas são diagrama de execução geralmente tem mostradas na esquerda e todas as orientação horizontal, quase como um saídas na direita. As funções lógicas diagrama ladder (escada) e são mostradas no meio. possivelmente porque a lógica é 2. Embora as chaves de posição ZSH seguida seqüencialmente sem muita e ZSL sejam atuadas pelas válvulas ligação com o processo. HV1 e HV2, as chaves estão na2. O desenho conceitual é mais bem entrada para a lógica e as válvulas desenhado em tamanho grande, estão na saída. Elas podem ser ligadas enquanto o desenho lógico de fisicamente, mas na lógica as chaves execução é feito em folhas de tamanho são desenhadas na esquerda como A4 ou carga. O formato grande ajuda a entradas e as válvulas são desenhadas visualização de todo o panorama, o na direita, como saídas. formato pequeno é melhor de ser manuseado e na lógica não há interesse em se ver o processo global.3. As portas lógicas são mais fáceis de desenhar. Como a lógica é desenhada usualmente na forma de esquemas à mão livre, é importante que haja um mínimo de linhas, símbolos e letras usadas. 3.9
  • 50. Símbolos Lógicos usar estas letras e se ter correspondência. 6. A maioria dos sistemas de complexidade moderada não tem uma relação biunívoca entre funções de entrada e saída. Quando eles têm, eles seriam sistemas manuais. É melhor encarar a complexidade na saída e dar ao sistema lógico a designação YIC (ou YC). O sistema é, antes de tudo, um controlador de evento. Os elementos de saída similares devem ter sufixos numéricos ou alfabéticos. 7. Embora a lógica seja muito abstrata, as ligações dela devem ser concretas. A Fig. 3.14 mostra somente uma única saída física para uma válvula solenóide de três vias. A ligação para a lógica deve refletir isto. Não há função de saída para válvula fechada. Para fechar a válvula, o sinal abrir válvula é removido. São necessárias duas Fig. 3.22 Exemplo de diagrama de fluxo saídas somente quando houver duos solenóides. Como o diagrama lógico é documento3. As chaves NOT devem ser um de execução, é preferível usar a pouco menores em relação aos balões identificação dos equipamentos ligados de instrumentos ou de equipamentos. (i.e., válvulas solenóides, não as válvulas Não há necessidade de parar a linha de linha) e observar os modos de falha dos lógica em qualquer lado das portas. Na equipamentos ligados. prática, a linha é desenhada e o círculo Recomenda-se observar os modos de é desenhado em cima. falha segura. Não é aconselhável se ter4. As botoeiras PARTIDA e PARADA válvula de enchimento com falha aberta, possuem o mesmo tag número, porém porque é improvável. Também não se deve elas têm funções totalmente diferentes usar nível lógico alto para desenergizar e devem ser diferenciadas. Se é solenóides pois isto é confuso. desejável manter o mesmo número básico porque elas podem estar na 5.6. Aplicações das portas mesma caixa, pode se usar um número A Fig. 3.16 dá símbolos e funções de ou letra como sufixo. Mesmo isto não é funções lógicas básicas. Aqui estão mais absolutamente necessário, porém, algumas recomendações úteis para um desde que a chave pode ser tagueada bom projeto. com números diferentes separados por Geral /.5. Às vezes, é tentador manter o Não usar palavras quando símbolos e conceito de malhas (HS1, HV1, ZSH1). identificadores estiverem disponíveis. Isto é geralmente inútil, pois, na prática, Quando usar palavras, fazê-lo do modo é raramente possível ser mantido. Além mais conciso possível. Mesmo quando o disso é errado pois ANSI/ISA S5.1 número de tag não for disponível, a parte requer um novo número de malha para do identificador deve ser usada para evitar cada nova variável medida ou uma descrição narrativa. inicializada. Somente se a malha da variável H e a malha da variável Z forem as duas primeiras malha para 3.10
  • 51. Símbolos Lógicos tempo, dependendo se a lógica é orientada para evento ou para tempo. Nestes casos, todas as saídas devem ter o mesmo número de malha e sufixos diferentes. Função AND As palavras nas entradas e saída simplesmente ajudam a ligar o símbolo à definição. Lógica é a arte de fazer identificações não contraditórias, não importa se com tanques, válvulas ou bombas. As duas entradas projetam mais informação de modo mais específico se forem usados balões com os identificadores funcionais LSH e ZSH. Quando for necessário identificar equipamentos (tanques, válvulas ou bombas), deve se usar os identificadores T-1, HV-2 e P-3, se existirem. Se não, deve-se usar palavras especificas, tais como tanque de mistura, bomba de sucção de óleo, válvula da descarga do compressor. A saída é também não específica. Quando se sabe que um relé específico é Fig. 3.23. Diagrama lógico típico atuado para partir a bomba, então um balão com o tag número do relé deve ser usado, p. ex., YY6.Função entrada Função ORSe as linhas lógicas forem diretamente a Muitas pessoas se sentemuma saída chamada de Partida da Esteira, desconfortáveis se uma saída positiva tementão as palavras devem ser omitidas, de ocorrer para desligar uma máquina. Naespecialmente se HS é substituída por ausência de um comando positivo, oHMS (chave manual momentânea ou conceito de falha segura requer que abotoeira). Se não, então as palavras máquina pare. A saída é invertida usandoPartida da Esteira (uma sobre a outra) uma porta NOT e as palavras Permissãoeconomizam espaço horizontal e, junto Operação Compressor em vez de Pararcom HMS, contem toda a informação Compressor.necessária sem redundância. Função OR QualificadoFunção saída O OR qualificado não é muito Quando houver uma escolha entre necessário, mas é requerido quando sepalavras e símbolos, escolher símbolos ou necessita de lógica complicada. A mesmasuma combinação de símbolos com um sugestões feitas acima com relação àbreve estado da saída. Há um impacto identificação de equipamentos de entradamuito maior no reconhecimento de e saída são aplicadas. Também deve serparadigmas quando se escolhe esta sentido o mesmo modo de falha segura.alternativa Se uma reação exotérmica ocorre, A primeira letra (H) deve ser usada perdendo-se o controle (sistema run away),somente se há uma ligação direta com é melhor mostrar uma lógica positiva parauma chave manual. Se não, é manter a reação ocorrendo. A falha darecomendável tratar a lógica como um lógica deve parar a reação.sistema e usar Y para evento ou K para 3.11
  • 52. Símbolos LógicosFunção Memória A combinação do simbolismo eidentificação da norma ANSI ISA S5.1 comos identificadores específicos doequipamento permitem um resultadoconciso. A aplicação de uma situação realde processo exemplifica o princípio quenão se deve se tornar muito abstrato parase perder o senso da realidade.Considerações acerca de modos de falhado vent do tanque e da permissão departida da bomba requerem que o ventfalhe e a permissão também falhe. Originalmente, a norma fala das opçõesrelacionadas com perda, manutenção eindependência da perda da alimentaçãoprincipal. Atualmente estes conceitos sãofacilmente implementados com as novastecnologias eletrônicas que permitemmemória permanente na ausência daalimentação. Quando se analisa a segura de umsistema e os modos de falha, deve setomar todo o panorama e não se restringirapenas à lógica. A potência pode falhar emqualquer ponto – entrada, saída, motor,pneumática, elétrica – e cada uma delasdeve ser considerada.Elementos temporizados A norma ANSI ISA S5.2 apresenta oselementos de tempo, que são basicamentetrês: 1. Inicialização atrasada da saída (DI) 2. Terminação atrasada da saída (DT) 3. Saída pulsada (PO) 3.12
  • 53. Símbolos Lógicos Função Símbolo Exemplo (1) Entrada A posição partida de uma chave manual HS-1 é atuada para fornecer Instrução uma entrada para ligar uma esteira. da entrada Número do instrumento ou do equipamento de HS inicialização, se conhecido 1 Partir esteira (2) Saída Uma saída de seqüência lógica comanda a válvula HV-2 para abrir Instrução da saída Abrir Número do Instrumento ou do equipamento HV Válvula operado, se conhecido 2 (3) AND A saída lógica D existe se e Operar bomba se somente todas as entradas 1. nível do tanque estiver alto e lógicas A, B e C existirem 2. válvula de descarga aberta A LSH Nível 5 Partir B A alto T- D A bomba C ZSH HV-7 P-5 4 aberta (4) OR Saída lógica D existe se e Não permitir operação do somente se uma ou mais das compressor se entradas lógicas A, B e C existir 1. pressão água resfriamento for baixa 2. temperatura do mancal for alta A OR Pressão B D PSL baixa 14 C água OR Permissão TSH Temp. C7 operar 17 altaFig. 3.24. Símbolos lógicos ISA 3.13
  • 54. Símbolos LógicosFunção Símbolo Exemplo(5) A Exemplo 1OR B * D Operar misturador se duas eQualificado C somente duas caixas estiverem em serviço * Detalhes internos representam quantidades numéricas (ver abaixo) Caixa 1 em serviço Caixa 2 em serviço Operar Saída lógica D existe se e =2 Misturador Caixa 3 em serviço somente se um número Caixa 4 em serviço especificado de entradas lógicas A, B e C existirem. Os seguintes símbolos matemáticos podem ser usados, quando apropriado: Exemplo 2 Parar reator se pelo menos dois a. = igual a dispositivos de segurança solicitarem a b. ≠ não igual a parada c. < menor que d. > maior que Dispositivo 1 atuado e < não menor que Dispositivo 2 atuado f > não maior que Parar Dispositivo 3 atuado <2 g ≤ menor ou igual a (como f) Reação Dispositivo 4 atuado h ≥ maior ou igual a (como e) Dispositivo 5 atuado Exemplo 3 Fazer alimentação se, no mínimo um e não mais que 2 moedores estiver em serviço. Moinho 1 em serviço Operar Moinho 2 em serviço ≥1 Alimentador Moinho 3 em serviçoFig. 3.25. Símbolos lógicos ISA (continuação) 3.14
  • 55. Símbolos Lógicos Função Símbolo Exemplo (6) NOT Fechar válvula HV-7 quando nível do BA B tanque T-3 não estiver alto e a bomba P-4 não estiver operando Saída lógica B existe se e somente se a entrada A não existir. LSH Nível T-3 12 alto HV Fechar YSH P-3 A 7 válvula 1 operando Alternativa de lógica LSH Nível T-3 12 alto HV Fechar YSH P-3 OR 7 válvula 1 operando Fig. 3.26. Símbolos lógicos ISA (continuação) Nota Tabela verdade para mostrar equivalência Entradas Saída LSH YSH HV 7 7 7 Caso 1 Caso 2 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 Uma lógica 1 implica a existência de uma entrada ou saída e uma lógica 0 é a ausência deum sinal.Função NOT A função NOT mostra a equivalência entre uma porta AND com portas NOT em suasentradas e uma porta OR com um único NOT em sua saída. 3.15
  • 56. Símbolos LógicosFunção Símbolo Exemplo(7) S representa set da memóriaMemória A R representa reset da memória S C(Flip flop) A saída lógica C existe tão logo B R D* exista a entrada A. C contínua a existir, independente do estado subsequente *A saída D não precisa ser mostrada, de A, até ser resetada pela entrada quando não usada lógica B. C permanece terminado, independente do estado subsequente de B, até que a lógica seja resetada por A. Opção de superposição de A saída lógica D, se usada, existe entrada quando C não existe e D não existe Se as entradas A e B existirem quando C existe. simultaneamente e se é desejado ter A anulando B, então S deve Exemplo ser envolvida em um circulo S Se pressão do tanque T-16 fica alta, .Se B é para anular A, então R abrir o tanque PV-38 para a atmosfera deve ser envolvido por um circulo. (vent) e continuar ventando independente da pressão, até que a válvula seja fechada por HS-3, desde A S C que a pressão não seja alta. Quando o R vent for desligado, a bomba P-7 deve B D ser ligada. C Note que a entrada B anula entrada A HS Reset 3 Partir P-7 sistema S PSH Pressão R PV Abrir 38 38 alta T-16 válvulaFig. 3.30. Símbolos lógicos ISA de memóriaTabela verdade mostrando a necessidade de override: Entradas Saídas A B C D 1 1 * * 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** ** 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** *** Indefinido** Determinado pelo último sinal de entrada 3.16
  • 57. Símbolos LógicosSímbolo Definição Exemplo A saída lógica B existe * com uma relação de BA B t tempo para a entrada lógica A. Esta relação de tempo pode assumir várias lógicas. A existência contínua da Se a temperatura do entrada lógica A durante o reator exceder um tempo t faz a saída B determinado valor,BA DI B existir quando t expira. B continuamente durante 10 t termina quando A termina segundos, bloquear a vazão do catalisador. Recomeçar a vazão, quando aInicialização atrasada da saída temperatura não exceder(Delay Iniciation) este valor. Bloquear vazão Temperatura DI do catalisador alta reator 10 s A existência contínua da Se a pressão do sistema entrada lógica A faz a cai abaixo de um limite de BA D B saída B existir baixa, operar o compressor T imediatamente. B termina ainda. Parar o compressor quando A terminar e não quando a pressão ficar tem ainda existido durante abaixo do limiteTerminação atrasada da saída um tempo t. continuamente por 1(Delay Termination ) minuto. DT Operar Pressão baixa 60 s compressor A existência da entrada Se a purga do vaso lógica A, independe de falha por um período de seu estado subseqüente, tempo, operar a bomba de BA PO B faz a saída B existir vácuo por 3 minutos e t imediatamente. B existe depois parar a bomba. durante um tempo t e depois termina.Saída de pulso PO Operar Purga falha 3 min bomba vácuo Fig. 3.27. Símbolos lógicos ISA temporizados 3.17
  • 58. Símbolos Lógicos Outros símbolos Exemplo Será mostrado, a seguir, um método Evitar alarme falso em nível alto, geral para diagramar todas as funções de atuando somente se o nível permanece tempo. alto continuamente por 0,5 s. O sinal de alarme termina quando não há nível alto. e1 O tempo em que a entrada lógica A é Nível alto iniciada é representado pelo canto s 0,5 Atuar alarme esquerdo da caixa. A passagem do tempo é da esquerda para a direita e geralmente não é mostrada em escala. f2 A saída lógica B sempre começa e termina no mesmo estado dentro do bloco A existência contínua da entrada lógica temporizado. A pelo tempo t1 faz a saída lógica B existir Mais de uma saída pode ser mostrada, quando t1 expira. B termina quando A tem se necessário. sido terminado continuamente durante o tempo t2 . Estado lógico da entrada existe Estado lógico da entrada não existeA A t2 Estado lógico da saída existe B B t1 Estado lógico da saída não existe Exemplo Purgar imediatamente com gás inerte, e2 quando a concentração do combustível A temporização da lógica pode ser ficar alta. Parar a purga quando a aplicada à existência do estado ou à não concentração não for alta continuamente existência do estado, como aplicável. por 5 minutos. Concentração 5 min A combustível alta Purgar com gás Estado lógico da saída não existe 0 inerte B Estado lógico da saída existe f3 f1 A A existência contínua da entrada lógica t4 A pelo tempo t1 faz a saída lógica B existir t3 B quando t1 expira. B termina quando A termina. (É um temporizador para ligar). A terminação da entrada lógica A e sua não existência continua durante o tempo t3 causa a saída lógica B existir, quando t3 A expirar. B termina quando: t1 B 1. B tem existido por um tempo t4 ou 2. A ainda existe, o que ocorrer primeiro 1.18
  • 59. Símbolos Lógicos Exemplo O vapor é ligado durante 15 minutos, A começando 6 minutos depois da parada do t4 agitador, exceto que o vapor deve ser t1 B desligado se o agitador recomeça.Operar agitador Exemplo 6 min. 15 Vapor ligado Se o pH ficar continuamente por 1 minuto, adicionar soda cáustica durante 3 minutos. f4 A existência da entrada lógica A, pH baixo independente de seu estado subseqüente, 1 min. 3 min. Adicionar soda causa a saída lógica B existir quando o tempo t1 expira. B existe durante o tempo t4 e depois termina. f6 A existência contínua da entrada lógica A t4 A durante o tempo t1, causa a saída t1 B lógica B existir quando o tempo t1 expira. B termina quando o ocorrer o primeiro dos seguintes fatos: Exemplo tem expirado o tempo t4 , Se a pressão cai para valores baixos A termina momentaneamente, bloquear o controle contínuo da turbina imediatamente, manter por 2 minutos, então liberar a turbina para o controle contínuo. A t4 t B Pressão baixa 2 min. 0 Bloquear controle Exemplo contínuo da turbina Se a temperatura for normal continuamente por 5 minutos, adicionar reagente por 2 minutos, exceto que o f5 reagente não pode ser adicionado se a A existência contínua da entrada lógica temperatura for anormal. A durante o tempo t1, causa a saída lógica B existir quando o tempo t1 expira. B existe durante o tempo t4 , independe do estado subseqüente de A e depois termina. Temperatura anormal 2 min. Adicionar 5 reagente 3.19
  • 60. Símbolos Lógicos O diagrama lógico binário simplifica eNota generaliza o simbolismo lógico, além de Para os símbolos f4, f5, e f6 , a ação da reduzir o tamanho da dependência dosaída lógica B depende de quanto tempo a equipamento.entrada lógica A fica continuamente em 1, As duas principais fases de realizar umaté a quebra de A. Além da quebra de A, o sistema de controle operável são:estado de A não importa para terminar a conceituaçãosequência B. execução. Se for desejado ter um segmento de A fase de conceituação é independentetempo B, e.g., t1, terminar somente se A do equipamento e a fase de execuçãoexistir continuamente, então A deve ser pode depender do equipamento escolhidodesenhado além deste segmento. Se A é para realizar o esquema de controle.desenhado depois do início mas não além Também, os dois principais tipos dedo fim do segmento de tempo, então o documentação são associados com assegmento será iniciado e vai terminar, duas fases. O documento conceitual tentaindependente se A existe somente representar um esquema de controlemomentaneamente ou mais tempo. abstrato. Seu objetivo é o de ajudar oFunção especial projetista e a todos que precisam ver o quadro panorâmico, a conceber o A saída lógica B existe como uma esquema necessário para controlar orelação da entrada lógica A, como processo. O documento de execução temespecificado no comando das exigências o objetivo de instruir os especialistas comoespeciais. O comando pode cobrir uma desenvolver especificamente um esquemafunção lógica diferente das funções lógico que já foi definido abstratamente.especificadas nesta norma ou algum outro O documento conceitual mostra assistema lógico definido por aí. partes essenciais do processo e a interface do operador. O documento de execução mostra simplesmente as entradas e as saídas. O diagrama ladder é um dos Função especial B documentos de execução. Uma boa prática inclui aspectos lógicos e estéticos. Na diagramação lógica fica mais evidente o provérbio chinês que estabelece que uma figura vale mais que mil palavras.6. Conclusão O engenheiro de sistema de controlenecessita tratar da lógica binária. Bináriosignifica possuir apenas um de doisestados possíveis: ligado ou desligado, 1ou 0. Um sistema lógico sempre apresentao mesmo conjunto de saídas para omesmo conjunto de entradas, embora asrespostas de saída possam sermodificadas por algum programa interno. Geralmente a lógica binária é realizadaatravés de relés eletromecânicos oueletrônicos e atualmente através deControlador Lógico Programável, sistemaque substitui os relés com vantagens. Omesmo diagrama ladder pode ser usadopara programar os dois tipos de lógica. ApostilasAutomação 14SimboLogicos.doc 28 JUN 00 (Substitui 12 JUN 00) 3.20
  • 61. 4 Linguagens de Programação resultante da proliferação de normas de1. Introdução programação de CLP. Esta norma temAs linguagens de programação estão duas partes:tendo cada vez mais funções poderosas. 1. Elementos comunsMicroprocessadores mais rápidos e 2. Linguagens de programaçãopoderosos e ambiente gráfico baseado em A primeira parte da norma, ElementosMS Windows têm sido combinados para Comuns, define tipos de dados, variáveis,permitir aos programadores obter tarefas configuração, fontes, tarefas e unidades decomplexas. organização do programa. Definindo tipos de dados evita erros como dividir um Dado A programação de Controladores por um Inteiro. Variáveis são somenteLógico Programáveis (CLP) era atribuídas para explicitar endereços deoriginalmente apenas booleana. Um equipamentos em configurações, fontes oucomando era mais ou menos assim: Se o programas para conseguir independênciacontato da chave limite A estiver fechado E entre equipamento e o programa. Umo contato da chave limite C estiver aberto, programa é configurado para um sistemaEntão energizar a bobina C. Havia e ainda específico de controle e é consideradohá linguagens baseadas em texto para como uma rede de funções e blocos deacompanhar este programa. O diagrama função.lógico tipo ladder era considerado ideal Programas, funções e blocos de funçãopara representar a lógica booleana. Este são chamados de Unidades dediagrama parece como diagramas lógicos Organização do Programa. A norma IECde relés, familiares a eletricistas, enquanto 1131-3 definiu funções padrão como:representando a lógica digital, com aritméticas (adição, subtração,contatos em série (AND) ou paralelos multiplicação, divisão), seletoras,(OR). trigonométricas, condicionadoras de sinais,Isto é conveniente para algumas funções comparadoras e de tempo.de maquinas, mas é insuficiente quando se As linguagens definidas têm sintaxe equer funções especiais, como matemática, semântica definidas, deixando espaço paratratamento de entradas e saídas dialetos personalizados. Funções definidasanalógicas e comunicação. Para estas pelo usuário são permitidas na norma.exigências, os blocos funcionais são mais Uma vez definida, a função pode seradequados. Os editores de programas de reusada. Blocos de função sãodiagrama ladder começaram a incorporar equivalentes e circuitos integrados euma biblioteca de blocos de função representam uma função de controleespeciais para temporizadores, especializada. Blocos de função podemcontadores, matemática, mensagem e conter dados e algoritmos. Eles têm umaoutros mais complexos como controle interface bem definida. O programa podeProporcional, Integral e Derivativo (PID) ou ser escrito em qualquer linguagemtotalizadores de vazão (FQ). definida. A normal internacional IEC 61131 foiadotada para colocar ordem no caos 4.1
  • 62. Linguagens de Programação Conforme a norma IEC 1131-3, há 2. a comparação de uma variável comduas versões textuais e duas versões uma constantegráficas de programação. As textuais são: O bloco de encaminhamento possui 1. Lista de Instruções, parecida com uma entrada (superior) e duas saídas, uma código assembler lateral e outra inferior. 2. Texto Estruturado, parecida com Os blocos de ação podem ter várias Pascal. funções lógicas e de controle embutidas. As linguagens gráficas são: Uma das vantagens da programação 1. Diagrama Ladder, típico para através do fluxograma é a disponibilidade controle de maquinas e motores de uma biblioteca com controles 2. Diagrama de Bloco de Funções, complexos (controle de movimento, comum a indústrias de processos algoritmo PID, comunicação rápida de contínuos. dados através de Windows NT). Outras operações disponíveis incluem2. Ferramentas auxiliares controle I/O sobre redes da planta, funções booleanas, matemática de alto nível,Há duas ferramentas gráficas usadas para manipulação de matrizes, funções string,facilitar a execução de programas, tais movimento e cópia de dados. Os blocos decomo: ação podem Chamar (Call) uma sub-rotina, 1. Fluxograma (flowchart) executar uma malha (Do), ter funções 2. Diagrama de função seqüencial temporizadas (Wait) e fazer comunicação. (Sequential Funcion Chart - SFC) Os blocos de encaminhamento são deHá ainda linguagens especializadas para comparação e decisão. Uma decisãocontrole de movimento (robótica, controle depende de um Sim (Yes) ou Não (Not) anumérico) e até a linguagem C é usada uma condição: Chave A está fechada? Acomo linguagem de controle. Foram comparação olha em dois valores paradesenvolvidas outras linguagens para CLP, verificar se são maiores que, menores quecada uma para determinada plataforma ou ou iguais e retorna ao Sim ou Não. A lógicafabricante. Foram empregados diferentes If-Then-Else (Se-Então-Algo mais) podeenfoques para manipular as funções ser feita facilmente com um bloco deespeciais, resultando em uma grande decisão (If) com cada entrada indo paraconfusão quando se mudava de um um bloco de ação. Assim, se a chave Afabricante para outro. estiver fechada, então ligar a bobina C, e além disso, ligar a lâmpada piloto 1.2.1 Fluxograma (Flowchart) Depois, ligar os dois blocos de ação à O fluxograma (flowchart) é um sistema próxima ação.gráfico usado como uma ferramenta de Se o programador de fluxogramaanálise de programas e outros diagramas. conhece melhor o diagrama ladder, é útilO fluxograma contém blocos retangulares fazer a seguinte analogia: bloco de decisãode ação, losangos para tomada de age como contato e bloco de ação agedecisão, a partir de comparação ou como bobina. Se o contato está fechadoverificação de atributos. O fluxograma de (bloco de decisão), então ligar a bobinaprogramação tem dois elementos básicos: (bloco de ação).Ação e Ramificação Um bloco de ação (retângulo)representa uma operação em um dado dosistema. Um bloco de ação tem um pontode entrada (superior) e uma saída(inferior). O bloco de encaminhamento,(losango) representa um caminho nocircuito de controle baseado no resultadode uma decisão. A decisão poder ser 1. a comparação de duas variáveis 4.2
  • 63. Linguagens de Programação 2.2. Diagrama de Função Seqüencial Início (SFC – Sequential Function Chart) Conceito O Diagrama de Função Seqüencial (Sequential Function Chart – SFC) não é considerado uma linguagem mas descreve Chave 1 On AND N Chave 4 graficamente o comportamento seqüencial Chave 2 On AND Não On de um programa de controle. Este Chave 3 On ? diagrama é uma estrutura que organiza a ? utilização do programa de qualquer Y linguagem, dependendo do editor Y escolhido e por isso serve como ferramenta auxiliar para desenvolver as Ligar RunMode linguagens textuais e gráficas. Ligar Relé 1 O Comitê Técnico IEC #3, Subcomitê 3B de Documentação, publicou um método de descrever a função e o comportamento dos sistemas de controle que contenham o projeto conceitual e a descrição da RunMode está On Y Incr EdgeCount seqüência lógica (IEC Pub. 848-1988). AND Lastscan Chave 5 Não On Desenvolvimento e componentes AND Chave 5? O diagrama de função seqüencial é constituído de: 1. Passos, N 2. Elos dirigidos (links) 3. Transições O passo descreve um estado EdgeCount Y Ligar Relé 2 permanente (às vezes, momentânea) de = 10 um processo seqüencial. Cada passo ? representa um estado particular do sistema. Um passo é representado por um retângulo com passos anteriores ligados N por uma linha formando um caminho. O primeiro passo tipicamente inicializa o sistema. Desligue Relé 1 O elo dirigido mostra a direção do fluxo da EdgeCount Y Desligue Relé 2 lógica. = 20 Clear EdgeCount ? A transição é usada para mostrar a Desligue RunMode mudança condicional entre estados permanentes. Uma transição é uma N condição, que, quando verdadeira, causa a desativado do passo anterior e ativa o passo seguinte. Uma linha cruzando aMove: Chave 5 linha de ligação entre passos representaPara: Chave 5 Lastscan uma transição. Há uma transição seguindo cada passo. Fig. 4.1. Fluxograma típico 4.3
  • 64. Linguagens de Programação Os passos podem ser associados a: 1. Ações 2. Estados 01 Passo inicial 3. Comandos O bloco de ação dentro de um passo e Elo dirigido aa transição podem ser programados emqualquer linguagem padrão, ou outraslinguagens suportadas pelo editor. Nem Transição 02todos os editores suportam as quatrolinguagens IEC, mas eles podem ser Passos subsequentes bconformes com uma ou mais. Condições ou comandos para a lógicasão associados com transições (Fig. 3.16).Comandos ou ações são qualificados pelas 03letras símbolo S (stored – armazenado), D (delayed – atrasado), L (limited – limitado em tempo) Fig. 4.15. Passos, elos dirigidos e transições P (pulsed – pulsado, menor quelimitado). As letras podem ser combinadas (Fig.4.17). Comandos ou ações podem sercondicionais (letra C), (Fig. 4.18). 01 EsperarCondições transitórias podem serrepresentadas por afirmações textuais, HMSexpressões booleanas ou símbolos 101gráficos (Fig. 4.19). Uma poderosa capacidade destas Partir bomba 02cartas de função é que elas podemrepresentar caminhos lógicos paralelos,seleção de seqüência exclusiva (Fig. 4.20)ou seleção de seqüência inclusive(Fig.2.21).Na Fig. 4.20 a exclusividade é mostrada HMS Parar bomba 102 03pela lógica booleana nas transições.Na Fig. 4.21 a simultaneidade é mostradapelas linhas duplas, especialmente as maisbaixas. Neste caso, a transição c não éhabilitada até que os passos 09 e 10 sejam Fig. 4.16. Comandos para e da lógicaativados ao mesmo tempo. Assim, esomente assim, a transição pode serterminada. 4.4
  • 65. Linguagens de Programação 18 Comando A Status contínua somente para a duração do passo 18c Condição c S Partida da ação Começa e contínua B 19 B d Condição d D Comando C Comando C, dados 5 s no passo 20, 20 D=5s removido ao final do passo 20 e L Comando D Comando D, dado somente para 21 L=8s primeiros 8 s do passo 21 f DS Comando E Comando E é atrasado 5 s e 22 D=5s armazenado. Se ocorrer transição antes 5 s, comando não será ativadog SD Comando F Comando F é primeiro armazenado e depois 23 D=5s atrasado. Se a transição h ocorrer, o comando ainda será executadohFig. 2.17. Combinações de comandos ou ações 4.5
  • 66. Linguagens de Programação SC Ação B 24 se d Ação equivalente ocorre somente d quando d estiver presente SC Ação B 24 se d d Ação começa com d SC Ação mas depois 24 permaneceFig. 2.18. Comandos condicionais 4.6
  • 67. Linguagens de Programação 01 HMS 101 Partida 02 S Ligar motor HMS Condições transitórias podem ser 102 representadas por declarações textuais, expressões booleanas ou símbolos Parada gráficos 01 Partida • Condições • Outras SC Ligar bomba óleo 02 lubrificante P > 250 kPa 03 SC Partir motorFig. 2.19. Condições transitórias 4.7
  • 68. Linguagens de Programação 01 abc abc abc 02 03 04 Fig. 2.20. Caminhos paralelos: seleção deseqüência exclusiva 4.8
  • 69. Linguagens de Programação 07 08 10 09 A linha dupla indica simultaneidade. Os dois sinais devem estar presentes antes de acontecer a transição c. Somente então pode ser terminada. 11 Fig. 2.21. Caminhos paralelos: seleção deseqüência inclusiva 4.9
  • 70. Linguagens de Programação A instrução pode ser precedida por3. Linguagens Textuais uma etiqueta de identificação seguida por dois pontos (:). Um comentário, seAs linguagens textuais definidas na norma necessário e presente, deve ser o últimoIEC 1131-3 são elemento na linha. Linhas vazias podem 1. Lista de Instruções (IL - Instruction ser inseridas entre instruções. List) 2. Texto Estruturado (ST – Structureted Text). Tab. 51 - Exemplos de campos de instrução Os elementos do diagrama de funçãoseqüencial (SFC) da norma podem ser Etiqueta Operador Operandousados em conjunto com qualquer uma Comentáriodestas linguagens. START LD ANDN %IX1 %MX5 (* PUSH BUTTON *) (* NOT INHIBITED *)3.1. Elementos comuns ST %QX2 (* FAN ON *)Os elementos textuais especificados nanorma devem ser comuns com as Operadores, Modificadores elinguagens textuais (IL e ST). Em Operandosparticular, os seguintes elementos deestrutura de programa devem ser comuns Operadores padrão com seuscom as linguagens textuais. modificadores permitidos e operandos estão listados na norma.TYPE…END_TYPE (2.3.3) A não ser que seja definido diferente, aVAR…END _VAR (2.4.3) semântica do operador deve ser aVAR_INPUT…END_VAR (2.4.3) seguinte:VAR_OUTPUT…END_VAR (2.4.3)VAR_IN_OUT…END_VAR (2.4.3) result := result OP operandoVAR_EXTERNAL…END_VAR (2.4.3) Isto é, o valor da expressão sendoFUNCTION…END_FUNCTION (2.5.1.3) calculada é substituído por seu valorFUNCTION_BLOCK...END_FUNCTION_BLOCK (2.5.2.2) corrente operado pelo operador comPROGRAM…END_PROGRAM (2.5.3) relação ao operando. Por exemplo, aSTEP…END_STEP (2.6.2) instrução AND%IX1 é interpretada como:TRANSITION…END_TRANSITION (2.6.3)ACTION…END_ACTION (2.6.4) result := result AND %IX1 Os operadores de comparação devem3.2. Lista de Instruções ser interpretados com o resultado corrente à esquerda da comparação e o operando à A norma define a semântica e sintaxe direita., com um resultado booleano. Porformal da linguagem Lista de Instruções de exemplo, a instrução GT %IW10 terá omodo detalhado. resultado booleano igual a 1, se oInstruções resultado corrente for maior do que o valor Uma lista de instruções é composta de da palavra de entrada 10 e o resultadouma seqüência de instruções. Cada sejam zero, nos outros casos.instrução deve começar em uma nova O modificador N indica a negaçãolinha e deve conter um operador com booleana do operando. Por exemplo, amodificadores opcionais e, se necessário instrução ANDN %IX2 é interpretada comopara a operação particular, um ou maisoperandos separados por vírgulas. result := result AND NOT %IX2Operandos podem ser qualquerrepresentação de dados definida para O modificador abre parêntesis ouliterais e para variáveis. parentização, “(“ indica que o cálculo do operador deve ser adiado até que o operador fecha parêntesis “)” seja 4.10
  • 71. Linguagens de Programaçãoencontrado, e.g., a seqüência de Tab. 5 – Operadores de entrada padrão do bloco deinstruções função para linguagem IL AND ( %IX1 No. Operadores Tipo FB Reference OR %IX2 4 S1,R SR 2.5.2.3.1 ) 5 S,R1 RS 2.5.2.3.1 6 CLK R TRIG 2.5.2.3.2deve ser interpretada como 7 CLK F TRIG 2.5.2.3.2 8 CU,R,PV CTU 2.5.2.3.3 9 CD,LD.PV CTD 2.5.2.3.3 result := result AND( %IX1 OR %IX2) 10 CU,CD,R,LD,PV CTUD 2.5.2.3.3 11 IN. PT TP 2.5.2.3.4 O modificador C indica que a instrução 12 IN,PT TON 2.5.2.3.4associada deve ser executada somente se 13 IN,PT TOF 2.5.2.3.4o valor do resultado atualmente calculadoseja o booleano 1 (ou booleano 0 se ooperador é combinado com o modificadorN) Funções e blocos de função Funções devem ser invocadas pela colocação do nome da função no campo do operador. O resultado corrente deve serTab. 52 – Características de invocação do bloco de usado como o primeiro argumento dafunção para linguagem IL função. Argumentos adicionais, se requeridos, devem ser dados no campo do operando. O valor retornado pela funçãoNo. Descrição – Exemplo1 CAL com lista de entrada depois da execução bem sucedida de uma CAL C10(CU := %IX10m PV :=15) instrução RET ou depois de atingir o fim2 CAL com carga ou entradas de físico da função deve se tornar o resultado armazenagem: corrente. LD 15 Blocos de Função podem ser ST C10 . PV invocados condicional ou LD %IX10 incondicionalmente via operador CAL ST C10.CU (chamada – call). Como mostrado na CAL C10 norma, esta invocação pode ser de três3 Uso de operadores de entrada formas diferentes, como mostrado na Tab. LD 15 53. PV C10 LD %IX10 CU C10Nota: Uma declaração como VAR C10 : CTU ;END_VAR é assumida nos exemplos acima 4.11
  • 72. Linguagens de ProgramaçãoTab. 52 – Operadores da linguagem Lista de Instruções (IL)No Operador Modificador Operando Semântica1 LD N Nota 2 Estabelece o resultado corrente igual ao operando2 ST N Nota 2 Armazena o resultado corrente para o local do operando3 S Nota 3 BOOL Coloca o operando booleano igual a 1 R Nota 3 BOOL Coloca o operando booleano igual a 04 AND N, ( BOOL Booleano AND5 & N, ( BOOL Booleano AND6 OR N, ( BOOL Booleano OR7 XOR N, ( BOOL Booleano OR Exclusivo8 ADD ( Nota 2 Adição9 SUB ( Nota 2 Subtração10 MUL ( Nota 2 Multiplicação11 DIV ( Nota 2 Divisão12 GT ( Nota 2 Comparação : >13 GE ( Nota 2 Comparação : >=14 EQ ( Nota 2 Comparação : =15 NE ( Nota 2 Comparação : <>16 LE ( Nota 2 Comparação : <=17 LT ( Nota 2 Comparação : <18 JMP C, N LABEL Salte para label19 CAL C, N NAME Chama o bloco de função (Nota 4)20 RET C, N Retorna da função chamada ou bloco de função21 ) C, N Avalia a operação adiadaNotas: 1. Ver explicação dos modificadores e avaliação das expressões (3.2.2) 2. Estes operadores devem ser sobrecarregados ou entrados conforme a norma (2.5.1.4). O resultado corrente e o operando devem ser do mesmo tipo 3. Estas operações são feitas se e somente se o valor do resultado corrente é o booleano 1. 4. O nome do bloco de função é seguido de um argumento entre parêntesis (3.2.3) 5. Quando uma instrução JMP é contida em uma construção ACTION...END_ACTION, o operando deve ser um label dentro da mesma construção. 4.12
  • 73. Linguagens de ProgramaçãoTab. 55. Operadores da Linguagem de Texto EstruturadoNo Operação Símbolo Precedência1 Parêntesis (Expressão) Mais alta2 Avaliação da função Identificador (lista de argumentos) Exemplos LN(A), MAX(S,Y), etc.3 Exponenciação **4 Negação -5 Complemento N6 Multiplicação *7 Divisão /8 Módulo MOD9 Soma +10 Subtração -11 Comparação <, >, <=, >=12 Igualdade =13 Desigualdade <>14 Booleana AND &15 Booleana AND AND16 Booleana OR Exclusivo XOR17 Booleana OR OR Mais baixaNotas: 1. As mesmas restrições se aplicam aos operandos destes operadores quando as entradas das funções correspondentes definidas em 2.5.1.5 2. O resultado da avaliação da expressão A**B deve ser o mesmo que o resultado da avaliação da função EXPT(A, B) 4.13
  • 74. Linguagens de ProgramaçãoTab. 56 – Comandos da linguagem Texto Estruturado No. Tipo de comando (Referencia) Exemplos 1 Atribuição (3.3.2.1) A := B; CV := CV+1 ; C := SIN(X) ; 2 Invocação do bloco de função e CMD_TMR(IN := %IX5. PT := T#300ms) ; uso da saída do bloco de função A:= CMD_TMR.Q ; 3 RETURN (3.3.2.2) RETURN; 4 IF (3.3.2.3) D:=.B*B – 4*A*C; IF D < 0.0 THEN NROOTS := 0 ; ELSIF D := 0.0 THEN NROOTS :=1; X1 := - B/ (2.0*A) ;. ELSE NROOTS := 2 ; X1 := (-B+SQRT(D))/(2.0*A) ; X2 := (-B-SQRT(D))/(2.0*A) ; END_IF ; 5 CASE (3.32.3) TW := BCD_TO _INT(THUMBWHEEL) ; TW_ERROR := 0 ; CASE TW OF 1.5 : DISPLAY := OVEN_TEMP ; 2 : DISPLAY := MOTOR_SPEED ; 3 : DISPLAY:= GROSS_TARE ; 4.6..10: DISPLAY := STATUS (TW-4) ; ELSE DISPLAY:= O ; TW_ERROR := 1 ; END_CASE ; QW100 := INT_TO_BCD(DISPLAY) ; 6 FOR (3.3.2.4) J := 101 ; FOR 1:= 1 TO 100 BY 2 DO IF WORDS[I] = ‘KEY THEN J:=1; EXIT; END IF ; END FOR ; 7 WHILE (3.3.2.4) J:= 1 ; WHILE J <= 100 & WORDS[J] <> KEY DO J:-J+2; END_WHILE ; 8 REPEAT; J: =-1 ; REPEAT J:= J+2; UNTIL J := 101 OR WORDS[JJ = KEY END_REPEAT 9 EXIT (3.3.2.4) EXIT; 10 Comando vazio ; 4.14
  • 75. Linguagens de Programação3.3. Linguagem de Texto Estruturado Expressões booleanas devem ser avaliadas somente para a extensão A norma define a semântica e sintaxe necessária para determinar o valorda linguagem Texto Estruturado. Nesta resultante. Por exemplo, se A<=B, entãolinguagem, o fim da linha de texto deve ser somente a expressão A>B seria avaliadatratado do mesmo modo que o caractere para determinar que o valor da expressãoespaço (SP – space).Expressões A>B)&(C<D) Uma expressão é uma construção que,quando executada, fornece um valor é o booleano 0.correspondente a um dos tipos de dados Funções devem ser invocadas comodefinidos na norma. elementos de expressões consistindo do Expressões são compostas de nome da função seguido pelo argumentooperadores e operandos. Um operando entre parêntesis.pode ser Quando um operador em uma 1. um literal expressão pode ser representado como 2. uma variável uma das funções sobrecarregadas, a 3. uma invocação de função conversão dos operados e resultados 4. outra expressão devem ser as regras e exemplos dados naOs operadores da linguagem de Texto norma.Estruturado estão resumidos na norma. Aavaliação de uma expressão consiste em Comando (Statement)aplicar o operador ao operando, em uma Os tipos de comandos da linguagem deseqüência definida pela precedência do texto estruturado são sumarizados na Tab.operador. O operador com precedência 56. O comando deve ser terminado pormais alta em uma expressão deve ser ponto de virgula (;).aplicado primeiro, seguido pelo operador Comando de atribuição (assignmentda próxima precedência mais baixa, até statement)completar a avaliação. Operadores deigual precedência devem ser aplicadas O comando de atribuição substitui ocomo escrito na expressão, da esquerda valor corrente de uma variável simples oupara a direita. Por exemplo, se A, B, C e D multi-elemento pelo resultado da avaliaçãosão do tipo INT com valores 1, 2, 3 e 4, de uma expressão. Ele consiste de umarespectivamente, então: variável de referência à esquerda, seguida pelo operador de atribuição “:=”, seguido pela expressão a ser avaliada. Por A+B-C*ABS(D) exemplo, o comandodeve ser avaliado como –9 e A := B ; Deve ser usado para substituir o valor (A+B-C)*ABS(D) do dado de uma variável A pelo valor corrente da variável B, se ambos forem dodeve ser avaliado como 0. tipo INT. Porém, se ambos A e B forem do Quando um operador tem dois tipo ANALOG_CHANNEL_CONFIGURATION,operandos, o operando mais à esquerda então os valores de todos os elementos dadeve ser avaliado primeiro. Por exemplo, variável estruturada A devem serna expressão substituídos pelos valores correntes dos elementos correspondentes da variável B. SIN(A)*COS(B) Como ilustrado na fig. 6, o comando atribuição pode ser também usado para A expressão SIN(A) deve ser avaliada atribuir o valor a ser retornado pela função,primeira, seguida por COS(B), seguida colocando nome da função para apela avaliação do produto dos dois. esquerda de um operador de atribuição no corpo da declaração da função. O valor 4.15
  • 76. Linguagens de Programaçãoretornado pela função deve ser o resultado comando seguindo o ELSE (senão) éda avaliação mais recente de tal atribuição. executado.É um erro retornar da avaliação de uma O comando CASE consiste de umafunção com a saída ENO diferente de zero, expressão que avalia variáveis do tipo INTa não ser que, no mínimo, tal atribuição e uma lista de grupos de comando, cadatenha sido feita. grupo sendo identificado por um ou mais inteiros ou faixas de valores inteiros. EleComandos de controle de função e especifica que o primeiro grupo deblocos de função comandos, uma destas faixas contém o Comandos de controle de função e valor computado pelo seletor, deve serblocos de função consistem de executado. Se o valor do seletor nãomecanismos para invocar blocos de função ocorre em uma fase de qualquer caso, ae para controlar o retorno da entidade de seqüência do comando seguindo a palavrainvocação, antes do fim físico de uma chave ELSE, caso ela ocorra, deve serfunção ou bloco de função. executada. Nos outros casos, nenhuma A avaliação da função deve ser das seqüências de comandos é executada.invocada como parte da avaliação deexpressão. Comandos interativos Blocos de função devem ser invocados Comandos iterativos especificam que opor um comando consistindo do nome do grupo de comandos associados deve serbloco de função, seguido por uma lista de executado repetidamente. O comandoatribuições de valores de parâmetros de FOR é usado se o número de iteraçõesentrada entre parêntesis, como mostrado pode ser determinado a priori, nos outrosna Tab. 56. A ordem em que os casos, as construções WHILE (enquanto)parâmetros de entrada são listados em ou REPEAT (repetir) são usadas.uma invocação de bloco de função não é O comando EXIT (sair) deve ser usadoimportante. Não é necessário que todos os para terminar iteacoes antes que aparâmetros de entrada tenham valores condição de terminação seja satisfeita.atribuídos em cada invocação de um bloco Quando o comando EXIT é localizadode função. Se um determinado parâmetro dentro de construções iterativasnão tem atribuído um valor em uma encadeadas, a saída será da malha maisinvocação de bloco de função, será interna em que o EXIT esteja localizado,aplicado o valor atribuído anterior (ou o isto é, o controle passa para o comandovalor inicial, se não houver nenhum seguinte depois do terminados da primeiraanterior definido). malha (END_FOR, END_WHILE ou O comando RETURN dá a saída de END_REPEAT) seguindo o comandouma função ou bloco de função, e.g., como EXIT. Por exemplo, depois de executar oso resultado da avaliação de um comando comandos mostrados na Fig. 22, o valorIF. da variável SUM deve ser 15, se o valor da variável booleana FLAG é 0 e 6 se FLAG =Comando de Seleção 1. Os comandos de seleção incluem o IFe CASE. Um comando de seleção escolheum ou um grupo de seus comandos SUM := 0 ;componentes para execução, baseado em FOR I := 1 TO 3 DOuma condição especificada. Exemplos de FOR J := 1 TO 2 DO IF FLAG THEN EXIT ;comandos de seleção são dados na Tab. END_IF56. SUM :- SUM + J O comando IF especifica que um grupo END_FOR ;de comandos deve ser executado somente SUM := SUM + i ;se a expressão booleana associada é END_FOR :verdadeira (resultado da avaliação é 1). Sea condição é falsa, então nenhum outrocomando é executado ou o grupo de Fig. 22 – Exemplo do comando EXIT 4.16
  • 77. Linguagens de Programação O comando FOR indica que a 4. Linguagens Gráficasseqüência de comandos deve serexecutada repetidamente, até a palavra 4.1. Elementos comunschave END_FOR enquanto a progressão Há elementos comuns aplicados àsdos valores é atribuída para a variável de duas linguagens gráficas (Diagramacontrole da malha FOR. A variável de Ladder e Diagrama de Bloco de Função) econtrole, valor inicial e valor final devem à representação de função seqüencial.ser expressões do mesmo tipo de inteiro(SINT, INT ou DINT) e não podem ser Representação de linhas e blocosalteradas por qualquer um dos comandos orepetidos. O comando FOR incrementa a N Característica Exemplovariável de controle para cima ou para 1 Linha ------ horizontal:baixo de um valor inicial até um valor final, caractereem incrementos determinados pelo valor menosde uma expressão; este valor default é 1. 2 Linha vertical: | caractere linhaO teste para a condição de terminação é verticalfeito no início de cada iteração, de modo 3 Conexão |que a seqüência de comando não é horizontal- ---+--- vertical: sinalexecutada se o valor inicial excede o valor mais |final. O valor da variável de controle depois 4 Cruzamento | |de terminar a malha FOR é dependente da de linha sem ------- |---- conexãoimplementação. | | Um exemplo do uso do comando FOR 5 Cantos ligados | | e não ligadosé dado na característica 6 da Tab. 56. ----+-----+----Neste exemplo, a amlha FOR é usada para |detrminar o índice J da primeira ocorrência(se existir) do string KEY nos elementos de ----+-+ +----número impar de uma matriz de strings | | |WORDS com uma faixa de índice de 1 a100. Se nenhuma ocorrência é verificada, J 6 Blocos com |terá o valor 101. linhas de conexão +--------+ O comando WHILE causa a seuenciade comandos até a palavra chave ---| |END_WHILE ser executada repetidamente | |---até a expressão booleana associada ser ---| |falsa. Se a expressão é inicialmente falsa, +--------+então o grupo de comandos não é |executado. Por exemplo, 7 Conexão comFOR..._END_FOR pode ser reescrito caracteres:usando o WHILE...END_WHILE, como Conector -------->OTTO> Continuaçãomostrado em Tab. 56. da linha de um >OTTO>-------- Os comandos WHILE e REPEAT não conectorpodem ser usados para conseguir asincronização dentro do processo, porexemplo, como uma malha WAIT com umacondição de terminação determinada Direção do fluxo em circuitosexternamente. Os elementos do diagrama Um circuito é definido como umde função seqüencial são usados com este conjunto máximo de elementos gráficosobjetivo. interligados, excluindo as linhas verticais à É um erro que viola a norma ter um esquerda e à direita no diagrama ladder.comando WHILE ou REPEAT em um Fluxo de potência – análogo ao fluxo dealgoritmo para que a satisfação da potência em um sistema com reléscondição de terminação da malha ou eletromagnéticos, tipicamente usado emexecução de um comando EXIT não possa diagramas ladder. O fluxo de potência emser garantida. 4.17
  • 78. Linguagens de Programaçãouma linguagem de diagrama ladder deve O jump (salto) deve ser mostrado por umaser da esquerda para a direita. linha de sinal booleano terminada em uma Fluxo de sinal - análogo ao fluxo de dupla seta (>>). A linha de sinal para umasinais entre elementos de um sistema de condição de jump deve originar emprocessamento de sinais, tipicamente 1. variável booleana,usado em diagrama de bloco de função. O 2. saída booleana de uma função oufluxo de sinal em uma linguagem de bloco de funçãodiagrama de bloco de função deve ser da 3. linha de fluxo de potência de umsaída (lado direito) de um bloco de função diagrama ladderpara a entrada (lado esquerdo) da função Uma transferência de controle deou do bloco de função assim ligado. controle para a identificação do circuito Fluxo de atividade – usado em designado deve ocorrer quando o valordiagrama de função seqüencial. O fluxo de booleano da linha de sinal for 1atividade dos elementos de diagrama de (verdadeiro), assim, o jump incondicional éfunção seqüencial deve ser do fundo de um caso especial do jump condicional.um passo através da transição apropriada O alvo de um jump deve ser umapara o topo do passo sucessor etiqueta do circuito dentro da unidade decorrespondente. organização do programa, dentro da qualAvaliação de circuitos ocorre o jump. Se o jump ocorre dentro de A ordem em que os circuitos e seus uma construção ACTION...END_ACTION,elementos são avaliados não é o alvo do jump deve estar dentro danecessariamente a mesma ordem em que mesma construção.eles são identificados ou mostrados. Não é Retornos condicionais de funções enecessário que os circuitos sejam blocos de função devem seravaliados antes da avaliação de um dado implementados usando uma construçãocircuito possa ser repetido. As seguintes RETURN. A execução do programa seráregras devem ser obedecidas: transferida de volta para a entidade de 1. Nenhum elemento de um circuito invocação, quando a entrada booleana for deve ser avaliado até que os 1 (verdadeiro) e deve continuar no modo estados de todas as entradas normal quando a entrada booleana for 0 tenham sido avaliados. (falso). Retornos incondicionais devem ser 2. A avaliação de um elemento de fornecidos pelo fim físico da função ou circuito não é completada até que os bloco de função ou pelo elemento estados de todas as suas saídas RETURN ligado ao lado esquerdo da tenham sido avaliados. linguagem ladder. 3. A avaliação de um circuito não é Serão vistas a seguir, com detalhes, as completada até que as saídas de duas programações gráficas mais usadas todos os seus elementos tenham na programação de CLP: sido avaliadas, mesmo se o circuito 1. Diagrama Ladder contenha um dos elementos de 2. Diagrama de bloco funcional controle de execução definidos em 4.1.4. Existe um caminho de realimentaçãoem um circuito quando a saída de umafunção ou bloco de função é usada comoentrada para uma função ou bloco defunção que o precede no circuito; avariável associada é chamada de variávelde realimentação.Elementos de controle de execução Os elementos gráficos da transferênciado controle do programa nas linguagensgráficas são definidos na norma. 4.18
  • 79. Linguagens de Programação Definições (Cfr. Norma IEC 1131-3)Absoluto, tempo Biestável, bloco de função A combinação do tempo do dia e data. Bloco de função com dois estadosAção biestáveis, controlado por uma ou mais entradas. Uma variável booleana ou uma coleçãode operações a serem feitas, junto com Bit stringuma estrutura de controle associada Um elemento de dado consistindo de(2.6.4) um ou mais bits.Ação, bloco de Bloco de função, tipo Um elemento de linguagem gráfica que Um elemento de linguagem deutiliza uma variável de entrada booleana programação de controlador lógicopara determinar o valor de uma variável de programável consistindo de:saída booleana ou a condição que habilita 1. definição de uma estrutura de dadouma ação de acordo com uma estrutura de particionada em entrada, saída econtrole predeterminada (2.6.4.5). variáveis internasAcesso, caminho de 2. um conjunto de operações a serem executadas nos elementos da Associação de um nome simbólico com estrutura de dados, quando umauma variável para o objetivo de instância do tipo bloco de função écomunicação aberta. invocada.Agregado Bloco de função, diagrama Uma coleção estruturada de objetos de Um ou mais circuitos de funçõesdados, formando um tipo de dado. representadas graficamente, blocos deArgumento função, elementos de dados, etiquetas e Mesmo que parâmetro de entrada ou elementos de ligação.parâmetro de saída. CallAvaliação (evaluation) Uma construção de linguagem para O processo de estabelecer um valor invocar (chamar) a execução de umapara uma expressão ou uma função ou função ou bloco de funções.para as saídas de um circuito ou bloco de Canto de descida (falling edge)função, durante a execução do programa. A mudança de 1 para 0 de uma variávelAtribuição (assigment) booleana. Um mecanismo para dar um valor a Canto de subida (rising edge)uma variável ou para um agregado. A mudança de 0 para 1 de uma variávelBase, número booleana. Um número representado em uma base Caracter stringespecífica diferente de 10. Um agregado que consiste de uma seqüência ordenada de caracteres. 4.19
  • 80. Linguagens de ProgramaçãoChave palavra (keyword) ou lógico pode ser determinada Uma unidade léxica que caracteriza um diretamente.elemento de linguagem, e.g., “IF”. Dupla palavraComentário Um elemento de dado contendo 32 bits. Uma construção de linguagem para a Entrada parâmetro (Entrada)inclusão de texto em um programa e não Um parâmetro que é usado paratendo impacto na execução do programa. fornecer um argumento a uma unidade deCompilar organização de programa. Transladar uma unidade de Escopoorganização de programa ou especificação A porção de um elemento de linguagemde dados em sua linguagem de maquina dentro da qual se aplica uma declaraçãoequivalente ou em forma intermediária. ou uma etiqueta.Configuração Etiqueta (Label) Um elemento de linguagem Uma construção de linguagemcorrespondendo a um sistema de nomeando uma instrução, circuito ou grupocontrolador lógico programável. de circuitos e incluindo o identificador.Contador, bloco de função Execução, elemento de controle Um bloco de função que acumula um Um elemento de linguagem quevalor para o número de variações sentidas controla o fluxo de execução do programa.em uma ou mais entradas especificadas. Fonte (resource)Corpo (body) Um elemento de linguagem Porção de uma unidade de organização correspondendo a qualquer uma “funçãode programa que especifica as operações de processamento de sinal” e suaa serem feitas nos operandos declarados “interface homem-máquina” e “funções deda unidade de organização do programa interface sensor e atuador”.quando sua execução é invocada. FunçãoDado, tipo Uma unidade de organização de Um conjunto de valores junto com um programa que, quando executada, fornececonjunto de operações permitidas. exatamente um elemento de dado (queDado e tempo pode ter vários valores, e.g., uma matriz ou A data dentro do ano e o tempo do dia, estrutura) e cuja invocação pode ser usadarepresentado conforme ISO 8601. em linguagens textuais como um operando em uma expressão.Declaração Genérico, tipo de dado O mecanismo de estabelecer adefinição de um elemento de linguagem. Um tipo dado que representa mais doUma declaração normalmente envolve que um tipo de dados. (2.3.2).anexar um identificador ao elemento de Global escopolinguagem e alocar atributos, tais como Escopo de uma declaração aplicando atipos de dados e algoritmos a ele. todas as unidades de organização deDelimitador programa dentro de uma fonte ou Um caractere ou combinação de configuração.caracteres usados para separar elementos Global, variávelde linguagem de programa. Uma variável cujo escopo é global.Direta, representação Hierárquico endereçamento Um meio de representar uma variável A representação direta de um elementoem um programa de controlador lógico de dado como um membro de umaprogramável, do qual uma correspondência hierarquia física ou lógica, e.g., um pontoespecífica do fabricante a um local físico 4.20
  • 81. Linguagens de Programaçãodentro de um módulo que é contido em esquema que pode ou não ter qualquerum armário, que por sua vez, é contido em relação com a estrutura física dasum cubículo. entradas, saídas e memórias do controlador lógico programável.Identificador Uma combinação de letras, números, Long palavracaracteres sublinhados, que começa com Um elemento de dado de 64 bits.uma letra ou sublinhado e que nomeia um Long realelemento de linguagem. Um número real representado em umaInicial valor palavra longa. Um identificador associado com uma Matriz (array)instância específica. Um agregado que consiste de objetosInstância de dados, com atributos idênticos, cada um Uma cópia individual e nomeada da podendo ser referenciado comoestrutura de dados associada com um tipo subscripting.bloco de função ou tipo programa, que Memória (armazenagem de dado dopersiste de uma invocação das operações usuário)associadas para a próxima. Uma unidade funcional para a qual oInstância, nome programa do usuário pode armazenar Um identificador associado com uma dados e da qual ele pode recuperar osinstância específica. dados armazenados.Instanciação Nomeado, elemento Criação de uma instância. Um elemento de uma estrutura que é nomeada por seu identificador associado.Inteiro literal Um literal que representa diretamente Off-delay timer (on-delay), bloco deum valor de tipo SINT, INT, DINT, LINT, funçãoBOOL, BYTE, WORD, DWORD ou Um bloco de função que atrasa o cantoLWORD (2.3.1). de descida (subida) de uma entrada booleana por uma duração específica.Invocação Processo de iniciar a execução das Operadoroperações especificadas em uma unidade Um símbolo que representa a ação ade organização de programa. ser executada em uma operação.Linguagem, elemento de Operando Qualquer item identificado por um Um elemento de linguagem em quesímbolo no lado esquerdo de uma regra de uma operação é executada.produção na especificação formal dada no OR fiado (wired)anexo B desta norma. Uma construção para obter a funçãoLiteral booleana OR na linguagem de diagrama Uma unidade léxica que representa ladder, ligando juntos os lados direitos dasdiretamente um valor. ligações horizontais com as ligações verticais.Local escopo O escopo de uma declaração ou Overloadedetiqueta aplicando somente para a unidade Com relação a uma operação oude organização do programa em que a função, capaz de operar em dados dedeclaração ou etiqueta aparece. diferentes tipos. (2.5.1.4).Lógico local Passo (step) O local de uma variável Uma situação em que ohierarquicamente endereçada em um comportamento de uma unidade de 4.21
  • 82. Linguagens de Programaçãoorganização de programa com relação a interpretação ou uso. Regras governando asuas entradas e saídas segue um conjunto estrutura de uma linguagem.de regras definido pelas ações associadas Simples, Elemento de dadosdo passo. Um elemento de dado consistindo dePotência, fluxo de um único valor. O fluxo simbólico da potência elétrica Subscriptingem um diagrama ladder, usado paradenotar a progressão da solução de um Um mecanismo para referenciar umalgoritmo lógico. elemento de matriz por meio de uma referência de matriz e uma ou maisPragmática expressões que, quando avaliadas, denota As relações de caracteres ou grupos de a posição do elemento.caracteres para sua interpretação e uso. Tarefa (task)Programar (verbo) Um elemento de controle de execução Projetar, escrever e testar programas fornecido para execução gatilhada oudo usuário. periódica de um grupo de unidades de organização de programa associadas.Real literal Um literal representando dados do tipo Tempo literalREAL ou LREAL. Um literal representando ddos do tipo TIME, DATE, TIME_0F_DAY ouRetentivo, Dado DATE_AND_TIME. Dado armazenado, de tal modo queseu valor permanece inalterado depois de Tipo de dado estruturadouma seqüência desligamento/ligamento de Um dado tipo agregado que tem sidoenergia. declarado usando uma declaração STRUCT ou FUNCTION_BLOCK.Retorno Uma construção de linguagem dentro Transiçãode uma unidade de organização de A condição onde o controle passa deprograma designando um fim para as um ou mais passos anteriores para um ouseqüências de execução na unidade. mais passos posteriores ao longo de um caminho dirigido.Saída, parâmetro de (Saída) Um parâmetro que é usado para Unidade de organização de programaretornar o resultado da avaliação de uma Uma função, bloco de função ouunidade de organização de programa. programa. (O termo pode se referir a um tipo ou a uma instância).Semântica A relação entre os elementos Unsigned, inteirosimbólicos de uma linguagem de Um inteiro literal não contendo o sinalprogramação e seu significado, inicial de mais (+) ou menos (-).independente da sua interpretação e uso.Semigráfica Representação Representação da informação gráficausando um conjunto limitado decaracteres.Simbólica, representação O uso de identificadores para nomearvariáveis.Sintaxe Relação entre elementos simbólicos,independente de seu significado, 4.22
  • 83. 5 Diagrama Ladder5.1. Introdução 5.3. Regras de composiçãoDiagrama ladder é uma representação 1. Há algumas práticas comuns aordenada em forma de escada de todos os diagramas ladder,componentes e conexões de um circuito como:elétrico. O diagrama ladder é também 2. Entradas, chaves e contatos sãochamado de diagrama elementar ou colocados no início da linha, nodiagrama de linha. O termo ladder lado esquerdo.(escada) se aplica porque ele parece com 3. Saídas, bobinas e lâmpadasuma escada, contendo degraus. É o piloto são colocadas no fim dadiagrama básico associado com o controle linha, no lado direito.lógico programado. 4. Uma linha de entrada pode5.2. Componentes alimentar mais de uma saída. Quando isso ocorre, as saídas Os elementos constituintes de um estão ligadas em paralelo.diagrama ladder podem ser divididos em 5. Chaves, contatos e entradascomponentes de entrada e de saída. O podem ter contatos múltiplos emprincipal componente de entrada é o série, paralelo ou combinaçãocontato. de série e paralelo. Quanto à operação o contato pode ser 6. As linhas são numeradasretentivo ou não retentivo. Quanto à lógica, consecutivamente, à esquerda eo contato pode ser normalmente aberto de cima para baixo.(NA) ou normalmente fechado (NF). 7. Dá-se um único número deQuanto à operação, o contato pode ser de identificação para cada nó dechave manual ou de automática, ligação.(pressostato, termostato, chaves 8. As saídas podem serautomáticas de nível e de vazão, chave identificadas por função, no ladotérmica de motor). . Quanto ao tempo, os direito, em notas.contatos podem ser instantâneos ou 9. Pode-se incluir um sistema detemporizados para abrir ou fechar. identificação de referência O principal componente de saída é a cruzada, no lado direito. Osbobina, associada ao starter de motor, ao contatos associados com arelé ou solenóide. Outros componentes bobina ou saída da linha sãoincluem lâmpada piloto, sirene ou buzina. identificados pelo número da Existem outros componentes, porém linha.estes são os mais importantes e usados e 10. Os contatos de relé sãosão suficientes para o entendimento dos identificados pelo número dadiagramas encontrados nas aplicações bobina do relé mais um númeropráticas. seqüencial consecutivo. Por exemplo, os três contatos do relé CR7 são CR7-1, CR7-2 e CR7-3. 5.1
  • 84. Diagrama Ladder L1 L2 5.4. Exemplos SW1 CR5 Exemplo 1 saída O diagrama ladder da Fig.5.1, está associado a um sistema com uma chave que liga-desliga um relé de saída, CR5. A Fig. 5.1. Diagrama ladder básico, para uma Fig. 5.2 mostra um sistema de controlechave manual que liga a saída de um relé: com linhas paralelas na entrada e na L1, L2 linhas de alimentação saída. Qualquer uma das duas chaves liga- SW 1 contato de chave manual desliga a saída e a lâmpada piloto. O CR5 bobina do relé CR5 diagrama da figura possui duas linhas funcionais ativas. O diagrama ladder da Fig. 5.3 tem a seguinte seqüência de operação: L1 L2 1. No início, todas as chaves estão SW1 CR5 abertas, as bobinas estão desligadas 2. Fechando SW 1 ou SW 2 ou ambas, CR7 é energizada. LS1 saída 3. Na linha 3, o contato NA CR7-1 fecha, habilitando a linha 3 e CR8 ainda R está desligada PL1 4. Fechando a chave manual SW 3, CR8Fig. 5.2. Duas chaves em paralelo (manual SW1 e é energizada e a lâmpada piloto verdeautomática de nível LS1) controlam a saída do relé (G) é acesaCR5e uma lâmpada piloto PL1 vermelha (R). 5. Abrindo as duas chaves SW 1 e SW 2, tudo é desligado 6. Em operação, desligando SW 3, CR8 L1 L2 é desligado, PL1 é desligada mas CR7 SW1 CR7 contínua ligada. 1 3 saída Exemplo 2 1 As seguintes modificações podem ser SW2 feitas ao diagrama da Fig.5. 3: 2 SW 4 deve estar ligada para CR7 ficar CR8 SW3 ligada 3 saída CR7 deve estar desligada para CR8 2 estar ligada CR7-1 CR9 é ligada por CR7, CR8 e SW 3. O diagrama completo é mostrado na 4 G Fig 5. Há uma linha pontilhada entre os dois contatos SW 3, indicando uma única chave comum com dois contatos (Se SW 3 estivesse na esquerda, somente umFig. 5.3. Diagrama ladder com duas funções contato seria necessário para energizar as linhas 3, 4 e 5). Uma linha adicional de operação poderia ser acrescentada ao diagrama ladder, como a linha 6 mostrada na figura 5. A seqüência adicionada seria a seguinte: CR7 ou CR8 ou ambas, mais LS12 e CR9 ligam a saída do relé CR10. 5.2
  • 85. Diagrama Ladder L1 L2 CR7-1 SW3 CR7 L1 L2 SW1 CR8 CR7 SW1 SW41 G 1 3, 5 SW22 SW2 Fig.5. 4. Diagrama ladder incorreto 2 CR8 SW3 3 5 CR7-1 SW3 S ENTRADA 4 G P DE AR O S CR7-2 CR8-1 CR9 5 L S L CR7-3 LS12 CR9-1 CR10 S 6 L S CR8-2ENTR 7 BO DESCA Fig.5.5. Controle automático de tanque de água Fig.5. 5. Diagrama ladder completo pressurizado 5.5. Desenvolvimento Diagrama errado O diagrama da Fig. 5.4 é um diagrama Pode-se avaliar a utilidade do diagrama ladder incorreto, que contem os mesmos ladder vendo um exemplo e ligando-o a um componentes da figura, porém, nunca irá processo lógico seqüencial. O processo funcionar. Os erros são os seguintes: consiste de um tanque de armazenagem 1. Mesmo que houvesse potência entre de produto (p.ex., água), um tanque de as linhas, a voltagem aplicada em cada pressão, uma bomba, e um conjunto de elemento de saída seria dividida por 3 dispositivos pilotos (pressostatos e chaves e nenhuma bobina teria a tensão de nível) para fornecer o controle do correta de funcionamento e a lâmpada processo. piloto ficaria só um pouco acesa. Mas, O diagrama ladder do sistema indica logicamente, as saídas nunca seriam que o circuito de controle possui dois ligadas. modos de operação: automático e manual. 2. Mesmo fechando todas as chaves, o O controle manual é executado pela chave contato CR7-1 ficaria sempre aberto. (push-button) liga-desliga (stop-start) junto Para fechar o contato CR7-1 a bobina com o dispositivo de segurança de CR7 deve ser energizada e a bobina só sobrecarga da bomba. seria energizada fechando-se CR7-1, Para o processo partir e operar, a que é impossível. chave PARADA deve estar inativa (fechada) e a chave PARTIDA deve estar pressionada. Os contatos NA que são ativados quando o relé da bomba contatos é energizado permitem a bomba ficar ligada, depois que se alivia a chave PARTIDA. 5.3
  • 86. Diagrama Ladder O controle automático é mais com os contatos normalmente abertos LSLcomplexo. O desenho mostra que há uma 102. Como com a chave de partida namonitoração do nível baixo, nível alto e porção manual do desenho, um conjuntopressão baixa do tanque de pressão, e de de contatos de relé de partidanível baixo do tanque de armazenagem. A normalmente aberto é colocado embomba pode ser energizada somente paralelo com LSL 102 para garantir que oquando as exigências de controle sejam relé de partida permaneça energizadosatisfeitas e a ligação entre L1 para L2 quando o nível do liquido suba acima doatravés do relé de partida da bomba seja nível mínimo e permaneça abaixo do nívelfeita. máxima do tanque de pressão. LSL 101 A parte automática do circuito de também controla o estado do relé e desligacontrole da água é mostrada na metade o relé quando o nível dágua do tanque desuperior do diagrama ladder. No pressão atinja o valor máximo. O nível altodesenvolvimento deste diagrama, a ligação do tanque de pressão ativa os contatoselétrica entre L1 e L2 foi criada com os normalmente abertos LSH 101, quesímbolos do elemento de controle permite o solenóide de entrada de ar serintercalado. A chave de parada é energizada (desde que PSL 103 indiquegeralmente colocada próxima de L1 antes que a pressão do tanque esteja abaixo dode colocar qualquer outra linha no ajuste desejado).diagrama. O sensor de pressão alta (LSH O método de se desenvolver um101) possui dois conjuntos de contatos: um diagrama ladder para um sistema consistenormalmente aberto para o controle da emoperação do solenóide de ar e um 1. rever as funções de controlenormalmente fechado para permitir a requeridas no circuito,operação da bomba. A operação da bomba 2. selecionar os elementos de controleé também governada pelos sensores de que desempenham esta tarefa,nível baixo no tanque de pressão e de 3. arranjar os símbolos para asnível baixo no tanque de armazenagem, ou condições impostas pelo controleseja, LSL 102 e LSL 103. Os símbolos de modo seqüencial, entre as linhasdestes elementos devem ser colocados no da tensão de alimentação.desenho indicando que a bobina da partida Quando necessário,da bomba é energizada quando o nível de 4. fornecer contatos deágua for baixo no tanque de pressão mas intertravamento ou retenção emdeve ser desligada pelo nível baixo do volta dos contatos momentâneos detanque de armazenagem. Esta exigência, chave botoeira.que evita estrago na bomba por causa de Os botões de desligamento e outrosnível baixo de água no tanque de intertravamentos de segurança devem serarmazenagem e garante uma pressão arranjados de modo que eles sejamestável no tanque de pressão, é satisfeita eletricamente fechados para a linha depela colocação de LSL 103 e LSL 102 em tensão de alimentação. Cada componentesérie com a partida e os contatos do desenho deve ter uma etiqueta denormalmente fechados de LSH 101. Para modo que seja facilmente associado com ogarantir que a bomba fique ligada, quando dispositivo real do processo.LSL 102 for energizada Deve-se ter o cuidado de identificarmomentaneamente, coloca-se um retentor todos os contatos de uma bobina de relécom o conjunto de contatos do relé da especifica. Finalmente, as condiçõesbomba (contato M em paralelo). normalmente aberta ou fechada de todos Estes símbolos de elemento de os contatos automáticos devem semprecontrole do nívele da bomba são ser indicados quando elas estiverem noapresentados na porção intermédiaria do estado inativo ou sem uso.diagrama ladder do sistema de água. Achave de seleção do modo de operação écolocada próxima do relé de partida. Oscontatos normalmente fechados de LSL103 e LSH 101 são colocados em série 5.4
  • 87. Diagrama Ladder enrolamentos causado por5.6. Análise superaquecimento, como resultado da O procedimento básico para a análise corrente excessiva nos enrolamentos dede um diagrama ladder de um circuito de baixa resistência.controle é considerar um componente por Esta tensão cc é obtida da retificaçãovez e decidir o que ocorre se uma chave da tensão ca, através de uma pontepush button é acionada ou contato é ligado retificadora. Dois contatos normalmenteou desligado. Se o diagrama é analisado abertos (B) isolam o retificador dosdeste modo, com a observação que a terminais T1 e T3 do motor.mudança do contato geralmente fecha ou Há também dois contatos normalmenteabre circuitos completos de uma linha de abertos da mesma bobina do freio (B) quetensão através de uma bobina de relé. isolam o primário do transformador dasEsta bobina é energizada ou duas linhas L1 e L2. O quinto contato dadesenergizada, dependendo da bobina do freio (B), normalmente fechado,continuidade do circuito. Quando um está em série com a bobina do relé decircuito é fechado para uma bobina acionamento do motor e com a chave departicular, seu contador, relé, starter é partida. Quando a bobina de freio estiverenergizado e seus contatos mudam suas acionada (energizada) não se consegueposições normais. Se os contatos são partir o motor.normalmente fechados, se abrem e se os Se a chave de partida é acionada, secontatos são normalmente abertos, eles os contatos de sobrecarga estão fechadosagora ficam fechados. Quando um relé e se a chave P.B. estiver fechada, a bobinatemporizado (de atraso) é usado no de acionamento do motor é energizada ecircuito, seus contatos mudam de estado todos os cinco contatos (B) são ativados. Odepois de um determinado tempo. Quando primeiro contato do relé (M1), NA, fecha,se usam reles, é importante considerar garantindo a continuidade do circuito,cada contato que é operado pelo relé, mesmo quando se solta a chave de partidasempre que sua bobina for energizada. (contato retentivo).Quando não se consideram todos os O segundo contato, M2, NF, abre,contatos de um relé, comete-se um erro impedindo que a bobina de freio sejaconceitual da função do circuito. ativada e receba o sinal da linha L1.Finalmente, quando se avalia um circuito, Depois de transcorrido um determinadodeve-se estar certo que cada componente tempo o contato T também fecha o circuito,está sendo considerado em sua posição pois sua bobina (T) também foi energizada,normal e na posição energizada, de modo juntamente com a bobina do motor (M). Osque se possa compreender o circuito últimos três contatos, M3, M4 e M5,completo. normalmente abertos, se fecham, Seja o diagrama ladder para um circuito energizando os enrolamentos do motor T1,de freio dinâmico de um motor. Este T2 e T3.sistema pode ser aplicado a qualquer O sistema de freio inclui o relé deequipamento, quando se quer uma parada breque (B), o relé temporizado (T), orápida, suave ou quando se deseja ter um retificador ca/cc, o transformador comeixo do motor livre de rotação manual secundário/primário e cinco contatos doquando se desliga a alimentação. Um relé de breque (B). Os terminais T1 e T3sistema de freio dinâmico fornece uma do motor estão alimentados pela tensãoparada sem qualquer tendência para cc, pelos contatos B. Quando se aperta areverter e produz menos choque aos chave parada, o relé do motor (M) écomponentes de acionamento do motor do desenergizado, o motor é isolado daque outros métodos. tensão ca, pelos contatos M4, M5 e M3 O sistema de freio dinâmico usa que ficam abertos. O relé temporizado évoltagem cc para fornecer uma ação de desligado e o seu contato T fecha. Comofreio suave mas positiva e para fazer o M2 já estava fechado, T fechado, a bobinamotor parar rapidamente. O sinal cc deve de breque (B) é energizada e todos seusser removido quando o motor estiver quase contatos mudam de estado. Ou seja, todosparando, para evitar qualquer dano aos os contatos B (exceto B1) ficam fechados 5.5
  • 88. Diagrama LadderB2 e B3 ligam o transformador e, comoconseqüência, produzem tensão ccretificada do transformador. Os contatosB4 e B5 ligam a tensão cc aos terminais T1e T3 do motor. Depois de transcorrido otempo de atraso, ajustável e função domotor, a bobina T abre o contato T quedesliga a bobina de freio B. Em resumo, o procedimento básicopara analisar o diagrama ladder envolve a consideração de cada componentedo circuito por vez para decidir o queacontece com este componente quandoum contato é fechado, a determinação da função de cadacomponente em suas posições normal eenergizada a função de cada componente emrelação aos outros elementos do diagrama. É importante fazer uma análisecompleta do diagrama sem pular paraconclusões parciais. Uma análiseapressada e incompleta é usualmente Fig. 5.8. Diagrama ladder do freio do motordesastrosa, porque a consideração deapenas um contato adicional pode mudartotalmente a natureza básica do circuito. Fig. 5.7. Diagrama ladder correspondente aocontrole do tanque de água pressurizado ApostilaAutomação SimboLadder.doc 03 FEV 98 (Substitui 30 OUT 97) 5.6
  • 89. Diagrama Ladder Aplicações de Diagrama Ladder1. Alarme de Alta Pressão PSH S11.1. Descrição 1 O circuito faz soar uma buzina eacender uma lâmpada piloto quando a 2 Rpressão atingir um valor alto perigoso.Depois que o alarme soa, o botão ACKN(conhecimento) desliga a buzina e deixa a ACKNlâmpada acesa. Quando a pressão baixar 3 S 1 ,4para um valor seguro, a lâmpada se apaga1.2. Solução 4Quando a pressão atinge valor alto S2perigoso, a chave PS atua, fechando o Condição anormal: pressão alta, PSHcircuito e fechada, buzina toca, lâmpada acende 1. soando a buzina 2. acendendo lâmpada R Quando operador toma conhecimento PSH S1do alarme e aperta a chave ACKN, abobina S se energiza, trocando seus 1contatos S1 e S2 1. S1 abre, desligando a buzina 2 R 2. S2 fecha, mantendo bobina S energizada A bobina S só é desligada quando a ACKNchave PS abrir, ou seja, quando a pressão 3 1 ,4alta cair e ficar em valor seguro. S 4 PSH S1 S2 1 Depois de apertada a chave ACKN, S2 (selo) se mantém ligada, lâmpada 2 acesa e S1 abre e a buzina se cala. R ACKN 3 S 1 ,4 S2 Condição normal: pressão não alta,PSH aberta, buzina calada, lâmpadaapagada 5.7
  • 90. Diagrama Ladder2. Controle de Bomba e duaslâmpadas piloto com chave de LSHnível 2, 3, 4 1 S2.1. Descrição S-1 A chave de nível opera o starter do 2 Rmotor da bomba. A bomba enche umtanque com água. Enquanto o nível do S-2 OLtanque receptor estiver baixo, a chave liga M 3o motor da bomba e acende a lâmpada R.Quando o nível atingir o nível máximo S-3(tanque cheio), a chave desliga o motor e a 4 Alâmpada R e acende a lâmpada A. Se omotor se sobrecarregar, o motor édesligado, mas a lâmpada R contínua Nível alto: LSH fechadaacesa. Motor M desligado2.2. Solução Lâmpada R apagada LSH Quando o nível estiver abaixo domáximo (normal), a chave LSH está aberta 1 S 2, 3, 4e S-1 1. lâmpada R está acesa 2. motor está ligado, operando 2 R 3. lâmpada A está apagada S-2 OL Quando o nível atingir o máximo, LSHfecha 3 M 1. apagando R S-3 2. desligando motor M 3. acendendo A 4 A Quando motor ficar sobrecarregado, 1. OL abre Nível baixo: LSH aberta 2. desligando motor e 3. mantendo R acesa Motor M ligado Lâmpada R acesa 5.8
  • 91. Diagrama Ladder3. Controle seqüencial de 3motores PARTID OL1 OL2 OL3 PARAD3.1. Descrição Ligar três motores, isoladamente e um 1 M11 M 2, 3após o outro. A parada desliga todos osmotores. Qualquer sobrecarga desliga 2todos os motores M1-13.2. Solução 3 M2 4 Apertando a botoeira PARTIDA M1-2 1. M1 parte e fecha M1-1 e M1-2 2. M1-1 sela a partida de M1, 4 M3 mantendo M1 ligado depois que a M2-1 botoeira PARTIDA for solta 3. M1-2 liga M2, fechando M2-1 4. M2-1 liga M3 Quando se aperta a chave Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3 PARTIDA,desliga todos os três motores, pois OL1, M1 parte e sela M1-1OL2 e OL3 são contatos NF e estão emsérie PARTID OL1 OL2 OL3 PARAD PARTID PARAD OL1 OL2 OL3 1 M11 M 2, 3 1 M11 M 2, 3 2 2 M1-1 M1-1 3 M2 4 3 M2 4 M1-2 M1-2 4 M3 4 M3 M2-1 M2-1 Depois que M1 parte, Contatos auxiliares (ou intertravamentos) M1-2 fecha e parte M2 para controle de seqüência automática: Depois que M2 parte, Contato M1 energiza bobina M2 M2-1 fecha e parte M3 Contato M2 energiza bobina M3 5.9
  • 92. Diagrama Ladder4. Controle temporizado de PARAD PARTID OL1 OL2 OL3motores 1 M1 24.1. Descrição Ligar três motores, isoladamente e um 2 T1 3após o outro, com intervalos de 1 minuto. A M1-1parada desliga todos os motores. Qualquersobrecarga desliga todos os motores 3 M24.2. Solução T1-1 4 T2 5 Apertando a botoeira PARTIDA 5. M1 parte e energiza T1 T2-1 6. M1-1 sela a partida de M1, 5 M3 mantendo M1 ligado depois que botoeira PARTIDA é solta Assim que se aperta PARTIDA, 7. T1 energizado fecha T1-1 depois de M1-1 sela e M1 permanece 1 min operando 8. T1-1 parte M2 e energiza T2, que T1 é energizada fecha T2-1 depois de 1 min 9. T2-1 parte M3 Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3desliga todos os três motores, pois OL1,OL2 e OL3 são contatos NF e estão emsérie PARTID OL1 OL2 OL3 PARAD 1 M1 2 PARTID OL1 OL2 OL3 PARAD 2 T1 3 1 M1 2 M1-12 3 M2 T1 3 M1-1 T1-1 4 T2 53 M2 T2-1 T1-1 5 M3 4 T2 5 T2-1 Depois de um intervalo de tempo,5 M3 T1-1 fecha, partindo M2 e energizando T2 Depois de um intervalo de tempo, T2-1 fecha, partindo M3 5.10
  • 93. Diagrama Ladder5. Controle seqüencial PARAD PARTID OL1temporizado de motores 2, 3 1 M15.1. Descrição M1-1 Três motores 2 OL2 1. M1 – motor bomba de lubrificação 3 M2 2. M2 – motor principal 3. M3 – motor de alimentação PSH devem ser ligados em seqüência e em 4 T1 5intervalos de tempo determinados. OL35.2. Solução 5 M3 Apertando a botoeira PARTIDA 1. M1 parte e M1-1 sela a partida de T1-1 M1. Quando se aperta PARTIDA, M1 parte e 2. A bomba faz a pressão subir e a M1-1 sela seu funcionamento alta pressão faz chave PSH fechar e partir M2 e energizar T1. 3. T1 energizado fecha T1-1 depois de 10 s, partindo M3 Se M1 aquecer, OL1, abre, desligandoM1 e a pressão cai. A queda de pressão faz PSH abrir,desligando M2 e desenergizando T1. PARTID Quanto T1 é desenergizada, T-1 abre, PARAD OL1desligando M3 M1 2, 3 1 M1-1 2 OL2 PARTID PARAD OL1 3 M21 M1 2, 3 M1-1 4 PSH T1 52 OL2 OL33 M2 5 M3 PSH T1-14 T1 5 A operação de M1 faz a pressão OL3 subir.5 M3 Quando a pressão sobe, PSH fecha T1-1 M2 parte Dispositivos piloto usados em controle de T1 é energizadoseqüência automática Depois de um determinado intervalo, T1-1 fecha 5.11
  • 94. Diagrama Ladder6. Controle de Velocidade de PARAD 1a VELOCIDADE OL1motores 1 M1 26.1. Descrição 2 M1-11. O motor tem três faixas de 3 B1-1 velocidades. 4 C1-12. O motor acelera automaticamente 2a VELOCIDADE para a velocidade selecionada.3. Uma botoeira pode parar o motor 5 B1 3, 6, 8 em qualquer velocidade 6 B1-24. O motor possui proteção de 7 C1-2 sobrecarga5. Três botoeiras separadas T1 11 8 selecionam 1a, 2a e 3a velocidade. B1-36. Há um atraso de 3 segundos para T1-1 passar de uma velocidade para outra 9 S1 4, 7, 10, 116.2. Solução 10 3a VELOCIDADE a Apertando a botoeira 1 VELOCIDADE 11 C1 12 1. M1 parte e M1-1 sela a partida de M1,.mantendo-o na primeira C1-3 velocidade depois que a chave 12 T2 PARTIDA é solta. S1-1 C1-4 2. Quando a chave 2a VELOCIDADE for apertada, S2• T1 fica energizado (Atraso para Ligar)• B1 –1 faz motor girar na 1a velocidade T2-1• B1 –2 mantém B1 selado 3. Depois de 3 segundos, T1 –1 fecha, ligando S1. S1 faz motor operar na 2a velocidade 4. Quando a botoeira 3a VELOCIDADE for apertada,• C1 fica energizado• C1 –1 faz motor girar na 1a velocidade• C1 –2 faz motor girar na 2a velocidade• C1 –3 faz motor girar na 3a velocidade• C1 –4 faz operar T2 (falta S1 –1 fechar) Depois de 3 segundos, T3 fecha eenergiza S1 (motor fica na 2a velocidade). S1 –1 fecha operando T2. Depois de 3segundos T2 fecha e opera S2 , que colocao motor na 3a velocidade. Quando houver sobrecarga, OL1, abre,desligando M1. 5.12
  • 95. Diagrama Ladder PARAD 1a VELOCIDADE OL1 PARAD 1a VELOCIDADE OL1 1 M1 2 1 M1 22 M1-1 2 M1-13 T1-1 3 T1-14 C1-1 4 C1-1 2a VELOCIDADE 2a VELOCIDADE5 T1 3, 6, 8 5 T1 3, 6, 86 T1-2 6 T1-27 C1-2 T1-3 7 C1-28 B1-3 11 B1-3 8 11 T1 T1 T1-19 S1 4, 7, 10, 11 9 T1-3 4, 7, 10, 1110 S1 3a VELOCIDADE 1011 12 3a VELOCIDADE C1 11 12 C1 C1-312 C1-3 T2 12 S1-1 C1-4 T2 S1-1 C1-4 S2 S2 T2-1 T2-1 5.13
  • 96. Diagrama Ladder bomba de alta pressão. Se o motor do7. Unidade de Aquecimento de soprador de ar pára por qualquer razão, FSL1 abre M1 .Óleo 5. A chave seletora AUTO MANUAL7.1. Descrição permite ao operador decidir a circulação de ar dentro do ambiente♦ Motor M1 opera uma bomba de alta quando o sistema de aquecimento pressão, que injeta óleo em um estiver fora de serviço. Quando a chave queimador. estiver em AUTO, o motor do soprador♦ Motor M2 opera um soprador de é controlado pelo termostato TS2 . indução que força o ar para o Quando a chave estiver em MANUAL, queimador, quando o óleo estiver ela liga o motor M3 diretamente e sendo queimado. permite o motor do soprador operar♦ Chave liga-desliga comanda o independente do sistema de circuito aquecimento.♦ Termostato TS1 sente a temperatura do interior do ambiente♦ Termostato TS2 sente a temperatura do trocador de calor.♦ Quando a chave estiver ligada OFF OL1 OL2 (ON) e a temperatura interna do TS1 TS3 FS ambiente for baixa, TS1 fecha e parte 1 M1 ON os motores M1 e M2.♦ Quando a temperatura do trocador de calor subir demais, TS2 fecha e 2 T 3 parte M3. O soprador circula o ar dentro do ambiente através do trocador e T aumenta a temperatura dentro do 3 M2 ambiente. TS2 AUTO OL3♦ Quando a temperatura do 4 ambiente subir muito, TS1 abre e 5 M3 desliga o motor da bomba e o motor do 5 soprador de indução. O soprador do MANUAL trocador contínua operando até que o trocador de calor seja resfriado a uma temperatura baixa, quando TS3 abre. M1 Motor da bomba de injeção de óleo combustível no queimador7.2. Solução M2 Motor do soprador de indução de ar1. Ligando a chave para ON e se a combustível no queimador temperatura do ambiente estiver baixa, M3 Motor do soprador de ar através do TS1 fecha, fechando TS1 e energizando trocador T e M1 .2. O temporizador é TOFF (atraso TS1L Chave de ligamento para desligar), então T1 fecha Temperatura ambiente baixa, fechada imediatamente, partindo M2. Se T ficar Temperatura ambiente alta, aberta desenergizado, depois de 1 min e se TS2H Chave de ligamento abre, desligando M2 Temperatura do trocador alta,3. FSL1 é uma chave de vazão que fechada Temperatura do trocador baixa, aberta sente a vazão de ar produzida pelo TS3H Chave de desligamento soprador de indução e impede que o Temperatura do trocador baixa, aberta motor da bomba de alta pressão Temperatura do trocador alta, fechada continue injetando óleo na câmara de FSH Vazão de ar alta, fechada combustão. Vazão de ar baixa, aberta4. M2 ligado faz FSL1 fechar, partindo M1 e permitindo a partido do motor da 5.14
  • 97. Diagrama Ladder 4. O motor do agitador mistura os8. Enchimento, Mistura e líquidos A e B durante 1 minuto 5. Depois de 1 minutoEsvaziamento de Tanque TR-2 abre, desligando o motor M8.1. Descrição TR-1 abre, impedindo que os solenóides A e B sejam ligadas neste O funcionamento do sistema é o momento (interlock)seguinte: TR-3 fecha, ligando o solenóide C que1. Apertando PARTIDA, os solenóides esvazia o tanque A e B abrem, permitindo o tanque se 6. Quando o tanque fica vazio, LSL encher tripa2. Quando o tanque encher, uma LSL-1 fecha, permitindo ligação dos chave de nível tipo bóia desliga A e B e solenóides A e B liga um motor M de agitação da mistura LSL-2 abre, desligando o solenóide C do tanque 7. O ciclo se repete e os solenóides A3. O motor trabalha em determinado e B são energizadas, pois intervalo de tempo ajustável, T. Depois CR-2 está fechado de transcorrido T, o motor desliga e um LSH-1 fechado (nível abaixo do solenóide C, na saída do tanque, é máximo) ligado esvaziando o tanque. LSL-1 fechado (nível mínimo já4. Quando o tanque ficar vazio, a atingido) chave de nível desliga o solenóide C e TR-1 fechado (temporizador desligado) o ciclo recomeça.5. Um relé térmico desliga o motor em 8.3. Esquema do Processo caso de sobrecarga.8.2. Solução Apertando a botoeira PARTIDA1. CR energiza CR-1 sela a partida, mantendo motor funcionando depois de soltada a botoeira CR-2 permite os solenóides A e B S serem ligadas CR-3 permite o motor M ligar e o temporizador TR energizar (satisfeitas outras condições) CR-4 permite o solenóide C ser ligada2. Com CR-1 fechado (PARTIDA acionada), LSH-1 fechado (nível do tanque abaixo do máximo) LSL-1 fechado (nível do tanque no mínimo) TR-1 fechado (agitação ainda nãoligada) A Enche tanque com A Solenóides A e B se energizam e as B Enche tanque com B válvulas A e B enchem o tanque M Motor do agitador3. Tanque atinge nível máximo, LSH C Esvazia o tanque tripa LSH-1 abre, desligando solenóides A e LSL Nível baixo, fechada B Nível alto, aberta LSH-2 fecha, ligando o motor de LSH Nível baixo, aberta agitação e energizando o temporizador Nível alto, fechada TR 5.15
  • 98. Diagrama Ladder8.4. Diagrama Ladder PARTIDA PARADA OL11 CR 2, 3, 5, 7 CR1-1 2 CR-2 LSL-1 TR-13 A LSH-1 4 A ou B B CR-3 LSH-2 TR-25 M6 TR 3 5, 7 CR-4 LSL-3 TR-37 C LSL8 LSL 3 LSH9 LSH 3 5 5.16
  • 99. Diagrama Ladder • M2-3 abre para evitar que a bobina9. Enchimento de Tanque com M1 seja energizada quando oDuas Bombas Alternadas contato CR-1 voltar à sua posição normalmente fechada.9.1. Descrição 5. O circuito continua operando assim, até que o pressostato PS abra e desligue A água de alimentação é fornecida de M2. Quando isso acontecer, todos osum tanque central. O tanque é contatos de M2 mudam de estado.pressurizado pela água quando o tanque 6. Uma chave seletora de três posiçõesse enche. Dois poços separados fornecem na saída do pressostato permite aoágua para o tanque, cada poço com uma operador alternar a operação das duasbomba independente. É desejável que a bombas ou operar a desejada (1 ou 2).água seja bombeada de cada poço 7. Embora a lógica já esteja completa, háigualmente, mas as duas bombas não um problema potencial: depois que adevem operar ao mesmo tempo. As bomba 1 completou um ciclo, há abombas devem operar alternadamente, possibilidade do contato CR-3 reabrirmas uma chave seletora pode forçar a antes que o contato M2-2 feche paraoperação de uma bomba quando a outra selar o circuito. Se isto acontecer, aestiver com falha. Cada motor da bomba bobina M2 será desenergizada e acontém um relé térmico de sobrecarga. bobina M1 será energizada (isto9.2. Solução depende da operação dos relés). Para evitar este problema, adiciona-se um Assumindo a chave em AUTO e o temporizador TOFF (off delay –pressostato fechado (há pressão de coluna atrasado para desligar). Quando adágua no tanque), apertando a chave ON bobina TR for energizada, o contato1. energiza a bobina do starter de M1 TR-1 fecha imediatamente, M1-1 fecha, energizando CR energizando CR. Quando TR M1-2 sela a partida do motor M1 desenergiza, o contato TR-1 M1-3 abre, fazendo o intertravamento permanece fechado por um com o motor M2 (M2 não funciona determinado tempo ajustável antes de enquanto M1 estiver funcionando) reabrir, garantindo que a bobina CR2. CR energizado, todos seus contatos está desenergizada. mudam: CR-1 abre, quebrando o circuito para bobina M1 CR-2 fecha, selando o contato M1-1 OF PSH #1 CR-1 M2-1 OL1 CR-3 fecha para permitir ligação de M2 AUTO 2, 3,5 , que ainda não pode ser ligado pois 1 M1 ON M1-3 está aberto 2 M1-2 Interlock #23. Quando o pressostato PS abre, a bobina M1 desenergizar, permitindo CR-3 M1-3 todos os contatos M1 retornarem às 3 M2 1, 4, 5 posições normais. Neste momento, o 4 OL2 relé CR está energizado. M2-2 M1-1 M2-34. Quando o pressostato PS fecha 5 TR 7 novamente, o contato CR-1 evita que a bobina M1 seja energizada e CR-3 temporizador permite que a bobina M2 seja 6 energizada. Quando a bobina M2 é CR-2 TR energizada, a bomba 2 parte e todos os 7 CR 1, 3, 6 contatos M2 mudam de estado • M2-1 abre e desenergiza CR memória • M2-2 fecha e mantém M1 energizada quando CR-3 abrir 5.17
  • 100. Diagrama Ladder Esquema do processo 10. Sistema de Enchimento de II. Operação garrafa: controle contínuo e A. Partir a esteira das garrafas discreto B. Quando a garrafa estiver na Fazer uma descrição da seqüência do posição evento para o sistema de enchimento de 1. Parar a esteira garrafas se movendo em uma esteira. 2. Abrir a válvula de saída 3. Ligar o sistema de controle de 10.1. Descrição nível para manter o nível Quando se dá um comando para parar constante durante o enchimento o sistema de controle contínuo, a válvula da garrafa de entrada vai para a posição fechada. A C. Quando a garrafa estiver cheia seqüência é a seguinte: 1. Fechar a válvula de saída 2. Parar o sistema de controle de I. Inicialização (pré-enchimento do nível tanque) D. Ir para a etapa II.A e repetir A. Esteira parada, válvula de saída fechada B. Partir o sistema de controle de nível 1. Operar durante um tempo suficiente para atingir o ponto de ajuste ou 2. Colocar outro sensor de modo que o sistema saiba quando o Esteira ponto de ajuste é atingido ligada C. Quando se atingir o nível, parar o controle de nível Não D. Ir para a fase de Operação BP LCV Sim vazão Esteira válvula de desligada controle Válvula aberta Controle nível LE LC Controlador ligado Não SP Cheia Sim vazão Válvula Válvula fechada ligado Sem controle BF cheia nível vaziagarraf motor Fluxograma (Flowchart ) da BP presen M1 liga 5.18
  • 101. Diagrama Ladder necessário para detectar o enchimento da 10.2. Diagrama Ladder garrafa e para reiniciar a esteira até que a garrafa seja tirada da posição e a chave de presença da garrafa seja aberta. Ocorre PARTID uma operação continua entre as linhas 3 e PARAD 11.1 CR1 2 3 4 7 8 10.3. Diagrama Ladder para a2 Operação CR1-13 TR1 9 CR1-2 BPLS BP4 M1 1 CR1 3 CR1-3 BFLS5 2 Esteira CR3-1 CR1-1 BP BF CR2 7 8 3 M6 CR2-1 CR1-4 BFLS BPLS7 SOL 4 CR2 5 6 CR1-5 CR2-2 CR2-1 Nível8 LC TR1-1 5 LC9 BF10 CR3 5 11 CR2-2 Válvula BP 6 SOL11 CR3-2 Fig. 1. Diagrama ladder para o sistema de controle de enchimento de garrafas A inicialização é feita por um temporizador (TR1) de 60 segundos, que liga o sistema de controle de nível por 1 minuto depois do botão partida. Ele nunca é energizado de novo durante a operação.. O motor M1 aciona a esteira até uma garrafa ficar na posição correta, como indicado pela abertura da chave de posição (PB1). O relé CR2 é usado para detectar a condição de cheia da garrafa, energizando CR2. Os contatos de CR2 energizam o solenóide da válvula e o sistema de controle de nível. CR3 é 5.19
  • 102. Diagrama Ladder11. Sistema de Esteira silo baixo esteira esquerda válvula silo esteira direita caixa esquerda caixa direita limite direito limite direito limite esquerdo centro caixa centro caixa limite esquerdo esteira esquerda esteira direita Fig.1. Representação pictural do Fig. 2. Fim da fase de inicializaçãoequipamento do processo Fase de operação11.1. Descrição A. Ligar esteira da caixa direitaFase de Inicialização B. Teste chave de presença de caixa A. Todos os motores desligados, direita Válvula solenóide desligada 1. Se presente, ir para C B. Teste da chave limite direita 2. Se não, ir para B 1. Se engajada, ir para C C. Ligar motor da esteira de 2. Se não, ajustar motor alimentação, movimento direito alimentação para movimento D. Testar chave de centro certo 1. Se engajada, ir para E 3. Ligar motor esteira 2. Se não, ir para D alimentação E. Abrir válvula do silo de alimentação 4. Teste da chave limite direita F. Testar chave limite direita a. Se engajada, ir para C 1. Se engajada, ir para E b. Se não, ir para 4 2. Se não, ir para D C. Estabelecer motor alimentação G. Fechar válvula do silo de para movimento esquerdo e alimentação, parar esteira de iniciar alimentação D. Teste da chave de centro H. Ligar esteira da caixa esquerda 1. Se engajada, ir para E I. Testar chave presença de caixa 2. Se não, ir para D esquerda E. Abrir válvula alimentação do silo 1. Se engajada, ir para J F. Teste da chave limite esquerda 2. Se não, ir para I 1. Se engajada, ir para G J. Ligar esteira de alimentação, 2. Se não, ir para F movimento esquerdo G. Todos os motores desligados, K. Testar chave de centro chave de alimentação do silo 1. Se engajada, ir para L fechada. 2. Se não, ir para K H. Ir para fase de operação. L. Abrir válvula do silo de alimentação A finalização desta fase significa que a M. Testar chave limite esquerdaesteira de alimentação está posicionada no 1. Se engajada, ir para II.Alocal limite esquerdo e a metade direita da 2. Se não, ir para Mesteira tem sido cheia do silo de Notar que o sistema cicla do passoalimentação. O sistema está em uma M para o passo A. A descrição éconfiguração conhecida, como mostrado construída pela simples análise de quaisna Fig. 2. eventos ocorrem e qual entrada e 5.20
  • 103. Diagrama Ladder saídas devem ser suportadas por estes eventos.11.2. Fluxograma (Flowchart) daseqüência de eventos Geralmente é mais fácil visualizar econstruir a seqüência de eventos usandoum fluxograma (flowchart) dos eventos. Ofluxograma para o processo de enchimentode garrafas é o seguinte Todas saídas desligadas Chave limite direita entrada Não Fechada Sim Saída direita alimentação Saída esquerda ligada alimentação ligada Chave limite direita de Chave de centro entrada de entrada Sim Não Fechada Fechada Não Sim Válvula do silo saída aberta 5.21
  • 104. Diagrama Ladder 12.2. Descrição narrativa12. Sistema de Elevador 1. Quando o botão PARTIDA é apertado, O elevador usa uma plataforma para a plataforma é acionada para a posiçãomover objetivos para cima e para baixo. O para baixoprincipal objetivo é que, quando o botão 2. Quando o botão PARADA é apertado,UP for apertado, a plataforma leva algo a plataforma pára, em qualquer posiçãopara cima e quando o botão DOWN for que estiver naquele momentoapertado, a plataforma leva algo para 3. Quando o botão SUBIDA é apertado, abaixo. plataforma é acionada para cima, se12.1. Equipamento ela não estiver descendo 4. Quando o botão DESCIDA é apertado,Equipamento de entrada a plataforma é acionada para baixo, seLS1 chave limite NF para indicar ela não estiver subindo posição UPLS2 chave limite NF para indicar 12.3. Solução posição DOWN A solução será feita, dividindo asPARTIDA botoeira NA para partir exigências nas tarefas individuais:PARADA botoeira NA para parar 1. mover plataforma para baixo,SUBIDA botoeira NA para comando quando se aperta PARTIDA subir 2. parar a plataformaDESCIDA botoeira NA para comando 3. seqüências de subir e descer descer PartidaEquipamentos de saída Quando se aperta a chave PARTIDA (BP1), o contato CR1 –1 sela a bobina CR1 e CR1– 2 liga o motor M2, que faz a plataforma descer. Quando a plataforma atingir a posição baixa, chave LS2 abre, ZSH desenergizando CR1 e parando o motor (DO M2. WN) A chave LS2 fica fechada enquanto a plataforma não estiver na posição baixa. A chave LS2 abre para indicar que a plataforma atingiu a posição mais baixa. Quando a linha 1 é aberta pela chave LS2, o selo CR1 – 1 abre, eliminando o selo. As três linhas do diagrama ladder só operam quando a botoeira PARTIDA (BP1) é acionada. PARTID PARAD Z SL BP1 ZSH P P 1 CR1 Saída 1 SUBIDA DESCID 2 P CR1-1 P 3 M2 Saída 2M1 motor para acionar a plataforma para CR1-2 cimaM2 motor para acionar a plataforma para Fig. 2. Inicialização para mover a baixo plataforma para baixo quando se aperta o botão PARTIDA 5.22
  • 105. Diagrama LadderParada Para a seqüência parada, tem-se um BP1 ZSHrelé mestre CR3 para o resto do sistema.Como a chave PARADA é NA, não se 1 CR1 2 3 6pode usá-la para energizar CR3, como em CR1-1circuito com chave NF. Em vez disso, usa- 2se a chave PARADA para energizar um CR1-2 CR4-1outro relé CR2 e usam-se os contatos NFdeste relé para desenergizar CR3. Assim, 3 M2 DESCIDAquando se aciona a chave PARTIDA, CR3 CR5-1é energizado pelo contato de selo CR1 e 4pelo contato NF de CR2. Quando se aciona BP2PARADA, CR2 é energizado, causando ocontato NF (CR2 – 1) abrir e desenergizar 5 CR2 6CR3. CR1-3 CR2-1 6 CR3 7 8 11 BP2 CR3-1 71 CR2 Saída 3 CR3-2 BP3 ZSL2 CR1-3 CR2-1 8 CR4 3 9 10 CR3 Saída 4 CR4-2 93 CR4-3 CR5-2 CR3-1 10 M1 SUBIDA CR3-3 PB4 ZSH Fig. 3. Inicialização para mover a 11 CR5 4 10 12seqüência PARADA CR5-3 12Seqüências SUBIDA e DESCIDA Em cada caso, um relé é selado paraenergizar um motor, se CR3 é energizado, o botão apropriado é acionado, Fig. 3. Diagrama ladder completo o limite não foi atingido e a outra direção não foi energizada. Um contato NF de relé é usado paragarantir que o motor de subida não éligado se o motor de descida estiver ligadoe vice-versa. Também é necessário adicionar umcontato para garantir que M2 não sejaligado se houver um movimento para cimae se alguém acionar a botoeira PARTIDA. 5.23
  • 106. Diagrama Ladder Parad BP21 CR2 2 CR2-12 CR3 3 6 Descid CR3-1 M1-1 BP4 LS23 M2 4 6 M2-145 BP1 Partid CR3-2 M2-2 Subid LS16 M1 3 7 BP3 7 M1-2 Fig. 1. Diagrama ladder simplificado alternativo O diagrama ladder pode ser simplificado, considerando-se que M1 e M2 podem ser realmente relés usados para ligar os motores via contatos. Se é assumido que estes relés podem ter contatos adicionais para acionar outras operações do diagrama ladder, então alguns dos relés de controle podem ser eliminados. Por exemplo, M1 e M2 podem ser considerados relés com os respectivos contatos. 5.24
  • 107. Diagrama Ladder energizada para abrir a válvula de saída. A13. Enchimento de tanque válvula de saída permanece aberta até que o nível do tanque atinja o valor mínimo Definir as variáveis de estado para o Quando o tanque fica vazio, a chave LSLprocesso de aquecer um líquido em uma abre. A válvula de saída não pode sertemperatura ajustada e manter esta aberta enquanto a válvula de entradatemperatura por 30 minutos. estiver aberta. 13.4. Diagrama Ladder 01 02 LSH 16 Degrau 1 TE 16 LSL 16 03 11 08 Degrau 2 H 08 11 09 Degrau 3 Fig. 11. Processo do tanque 08 ON13.1. Equipamentos 32 Degrau 4 1. Botoeira NA de PARTIDA 1800 2. Botoeira NF de PARADA 16 08 32 04 3. Chaves de nível alto e baixo 10 Degrau 513.2. Seqüência de eventos 32 05 08 1. Encher o tanque 11 Degrau 6 2. Aquecer e agitar o líquido à temperatura de ponto de ajuste e mantê-la por 30 min Diagrama ladder programado para CLP 3. Esvaziar o tanque 4. Repetir o ciclo13.3. Explicação do ladder A linha 3 abre a válvula de entrada,desde que a válvula de saída não estejaaberta, até o nível atingir o valor alto (LSHabre em nível alto). Quando o tanqueestiver cheio, a linha 4 liga o motor deagitação, desde que a válvula de saída nãoesteja aberta. A linha 5 parte umtemporizador de 30 minutos. A linha 6controla o aquecedor. A linha é energizadae desenergizada quando a temperaturafica abaixo e acima do ponto de ajuste.Quando o temporizador expira o tempo, alinha é desenergizada e a linha 7 é 5.25
  • 108. Diagrama Ladder Partid Parad Partid Parad 1 CR 2, 6, 7, 81 CR1 2 3 6 CR1-1 9 10 11 13 CR2-1 22 To CR1-2 Vout-1 LSH 3 CR2 1, 43 Vin 4 5 6 7 CR2-2 4 R Vin-1 Vout-2 CR4- 14 SOL 4 6 5 CR1- 2 TON WP 7, 8, 9, Vin-2 6 CR35 TR1 6 7 10 11 13 CR1-3 CR3 - CR1-3 Vin-3 TR1-1 TS 7 M36 H CR1-4 CR3- 2 8 SOL Vin-4 TR -2 LSL 1 CR1-5 CR3-37 Vout 3 4 9 M2 CR1-6 CR3-4 DL 10 MD CR1-7 CR3-5 CR5-1 UL 11 CR5 1 DL 12 CR1-8 CR3-6 CR5-2 13 MU UL WP 14 CR4 5.26
  • 109. 6 Diagrama de Blocos Funcionais ser completo antes de começar a1. Conceitos Básicos avaliação de outro circuito que use uma1.1. Geral ou mais saídas do circuito avaliado anterior. A norma IEC-1131-3 define oDiagrama de Bloco de Função, 2.4. Bloco de funçãolinguagem gráfica para o controlador Bloco de função é uma unidade delógico programável, que é consistente organização de programa que, quandocom a norma IEC 617-12: Graphical executa, gera um ou mais valores. Pode-symbols for diagrams, para instrumentos se criar várias instancias nomeadas deanalógicos e digitais. um bloco de função. Cada instância deve2.2. Combinação de elementos ter um identificador associado (nome da instância) e uma estrutura de dados, Os elementos da linguagem contendo sua saída e variáveis internasDiagrama de Bloco Funcional (Functional e, dependendo da implementação,Block Diagram, FBD) devem ser valores de ou referencias para seusinterligados por linhas de fluxo de sinal parâmetros de entrada. Todos os valoresconforme a norma. das variáveis de saída e as variáveis Saídas dos blocos não devem ser internas necessárias desta estrutura deligadas juntas. Em particular, o OR fiado dados devem persistir de uma execuçãoda linguagem do diagrama ladder não é do bloco de função para o próximo, depermitido na linguagem FBD; um bloco modo que a invocação do mesmo blocoOR booleano explícito é necessário, em de função com os mesmos argumentosvez disso, como mostrado na Fig. 6. 24. (parâmetros de entrada) não necessariamente forneçam o mesmo valor de saída.OR fiado fisicamente como em Função OR na linguagemdiagrama ladder FBD Somente os parâmetros de entrada e saída devem ser acessíveis do lado de| a c | fora de uma instância de um bloco de+---||--+--()--+ +-----+ função, i.e., as variáveis internas do| b | a---| >=1 |---c bloco de função devem ser ocultas do+--||---+ | b---| | usuário do bloco de função.| | +-----+ Qualquer bloco de função que tenha sido declarado pode ser usado na declaração de outro bloco de função ou programa.Fig. 6.1. Exemplos de OR booleanos O escopo de uma instância de um2.3. Ordem da avaliação do circuito bloco de função deve ser local à unidade de organização de programa em que ele Dentro de uma unidade de é instanciado, a não ser que sejaorganização de programa, na linguagem declarado global em um blocoFBD, a ordem da avaliação do circuito VAR_GLOBAL.deve seguir a regra que o circuito deve 6.1
  • 110. Diagrama de Bloco de Função O nome de instância de um bloco de Set_Point_EA_D – valor ajustadofunção pode ser usado como a entrada para desarme (atuado no ponto muitopara uma função ou bloco de função, se alto, HH)declarado como uma variável de entrada Set_Point_EA_A – valor ajustadona declaração VAR_INPUT ou como uma para alarme (atuado no ponto de alta, H)variável de entrada/saída de um bloco de As saídas do bloco são:função em uma declaração By_pass_BYMR – retorno do bypassVAR_IN_OUT da manutenção Os blocos de função podem ser Tag_SH_INTLK – saída de alta do 1. Padrão intertravamento 2. Personalizado Tag_SH_COMP – comparador do Bloco padrão é aquele elementar e sinal de alarme de altoseminal, que é usado clonado em Tag_SHH_COMP – comparador doaplicações repetitivas, onde ele pode sinal de desarme de muito altoaparecer várias vezes. A partir dos Para construir este blocoblocos padrão, fabricantes de CLP, personalizado, foram utilizados:usuários e integradores de sistema 1. duas portas de seleção GEdesenvolveram os blocos personalizados (maior ou igual)ou compostos, para executar tarefas 2. uma porta MOVE, para levar ummais complexas. sinal da entrada para a saída Fazendo analogia com a eletrônica, 3. uma porta ORum bloco padrão é análogo e a umcomponente discreto de circuito. O blocopersonalizado é análogo a um circuitointegrado, onde vários elementosdiscretos são combinados. O blocopersonalizado é fechado e difícil para oseu usuário entender sua operação, anão ser que ele seja bem documentado. *** Fig. 6.3. Interior do bloco de função Alm Alta Bypass Alm_Alta_Bypass By pass M ED By pass BYMR Tag EA Tag SH INTLK Set Point EA D Tag SH COMP Set Point EA A Tag SHH COMP 3. Blocos Funcionais Padrão 000 AIN Bloco de entrada analógica. Recebe eFig. 6.2. Bloco de função personalizado, para transforma os valores das entradasalarme e desarme de alta com bypass analógicas em contagens de um valor real, limitando-os entre MN e MX. Por exemplo, pode-se criar um bloco Parâmetros do bloco:de função personalizado para fazer IN Entrada (DINT)alarme de alta de uma variável analógica MX Limite superior (REAL)com bypass. MN Limite inferior (REAL) As entradas deste bloco são: Saída varia de MN a MX (REAL) By_pass_M_ED – entrada digital Característica: Tag_EA – entrada analógica da Se a entrada está entre 819 e 4095variável a ser alarmada contagens, Então o valor da saída varia 6.2
  • 111. Diagrama de Bloco de Funçãoentre MN e MX. Senão (a entrada é SUBmenor que 819 ou maior que 4095), asaída é limitada entre MN e MX,respectivamente. 000 AIN Fig. 6.6. Bloco de função SUB Aritmética de Divisão (DIV) 1. O valor da saída deste bloco de função é igual à divisão do valor da entrada superior pelo valor da entrada inferior. MX 2. O bloco de Divisão só pode ter de IN duas entradas. MN 000Fig. 6.4. Bloco de função AIN DIVAritmética de Adição (ADD) 000 1. O valor da saída deste bloco de Fig. 6.7. Bloco de função DIV função é igual à soma dos valores de todas as entradas. 2. O bloco de adição é extensível, ou Aritmética de Multiplicação (MUL) seja, pode ter de 2 a 50 entradas. 3. O valor da saída deste bloco de 3. Ele pode operar com variáveis função é igual ao produto dos numéricas, datas, tempos e horas valores das entradas. do dia (TOD) 4. O bloco MUL é extensivo, podendo ter de 2 a 50 entradas. ADD MUL 000Fig. 6.5. Bloco de função ADD 000 Fig. 6.8. Bloco de função MULAritmética de Subtração (SUB) 1. O valor da saída deste bloco de função é igual à subtração do valor Comparador Diferente de (NE) da entrada superior menos o valor Este bloco compara as duas da entrada inferior. entradas: 2. O bloco de adição só pode ter de Se elas forem diferentes, Então, a duas entradas. saída é 1, Senão (forem iguais), a saída é 0. Este bloco é chamado também de Não Igual (<>). 6.3
  • 112. Diagrama de Bloco de Função *** NE CTU CU Q 000 R CV PVFig. 6.9. Bloco de função NE 000 Fig. 6.12. Bloco de função CTUComparador Maior ou Igual (GE) 1. Se o valor da entrada superior formaior ou igual ao valor da entrada Contador Decrescente (CTD)inferior, Então a saída é 1, Senão, a Este bloco de função faz umasaída vai para 0. contagem decrescente. Seus parâmetros são: CD – Entrada do pulso de contagem R – quando R = 1, contador é zerado GE PV – é um valor predeterminado, onde contador inicia a contagem CV – é o valor atual do contador 000 Q – Saída. Se CV <= PV, Então a saída Q passa para 1, Senão (CV > PV),Fig. 6.10. Bloco de função GE Q permanece em 0. *** CTDComparador Menor ou Igual (LE) 1. Se o valor da entrada superior for CDmenor ou igual ao valor da entrada Q LD CVinferior, Então a saída é e; Senão, a PVsaída passa para 0. 000 LE Fig. 6.13. Bloco de função CTD Contador Crescente e Decrescente (CTDU) 000 Este bloco de função faz contagens crescente e decrescente. Seus parâmetros são:Fig. 6.11. Bloco de função LE CU – Entrada do pulso de contagem crescenteContador Crescente (CTU) CD – Entrada do pulso de contagem Este bloco de função faz uma decrescentecontagem crescente. Seus parâmetros R – quando R = 1, contador é zeradosão: PV – é um valor predeterminado CU – Entrada do pulso de contagem CV – é o valor atual do contador R – quando R = 1, contador é zerado QU – Saída do contador crescente. PV – é um valor predeterminado Se CV ≥ PV, Então a saída Q passa para CV – é o valor atual do contador 1, Senão (CV < PV), Q permanece em 0. Q – Saída. Se CV ≥ PV, Então a QD – Saída do contador decrescente. Sesaída Q passa para 1, Senão (CV < PV), CV <= PV, Então a saída Q passa para 1,Q permanece em 0. Senão (CV > PV), Q permanece em 0. 6.4
  • 113. Diagrama de Bloco de Função *** DINT TO REAL CTUD CU QU 000 CD R QD LD CV Fig. 6. 17. Bloco de função DINT_TO_REAL PV 000 Detector de Borda de Descida (F_TRIG)Fig. 6.14. Bloco de função CTUD Este bloco de função detecta o canto de descida (falling edge) de um pulso, com a seguinte lógica:Conversor DINT_TO_DWORD 1. Se a entrada CLK passa de 1 1. Converte o tipo de entrada DINT para 0, Então a saída Q passa (Inteiro Duplo) para a saída do tipo para 1 durante um tempo de DWORD (Palavra dupla, 32 bits, varredura (Scan) tipicamente usada em 2. Transcorrido o tempo de comunicação digital ModBus) varredura, a saída CLK volta para 0. DINT TO DWORD *** F TRIG CLK Q 000 000Fig. 6.15. Bloco de função DINT_TO_DWORD Fig. 6. 18. Bloco de função F_TRIGConversor DWORD_TO_DINT 1. Converte o tipo de entrada DWORD (Palavra Dupla) para a saída do tipo DINT (Inteiro Duplo). Detector de Borda de Subida (R_TRIG) Este bloco de função detecta o canto de subida (raising edge) de um pulso, com a DWORD TO DINT seguinte lógica: 3. Se a entrada CLK passa de 0 para 1, Então a saída Q passa para 1 durante um tempo de 000 varredura (Scan)Fig. 6. 16. Bloco de função DWORD_TO_DINT 4. Transcorrido o tempo de varredura, a saída CLK volta para 0.Conversor DINT_TO_REAL 1. Converte o tipo de entrada DINT (Inteiro Duplo) para a saída do tipo REAL. 6.5
  • 114. Diagrama de Bloco de Função *** Lógica Ou (OR) R TRIG Este bloco faz a seguinte lógica CLK Q booleana: 1. Se uma ou mais de suas entradas 000 são verdadeiras (1), Então a sua saída é verdadeira (1); Senão, a saída é falsa (0). A saída é falsa (0) somente se todas as entradasFig. 6. 19. Bloco de função R_TRIG forem falsas (0). 2. Este bloco é extensível, pois pode ter de 2 a 50 entradas, com uma única saída.Flip Flop RS (R prioritário) Bloco utilizado como memória ouselo. 1. Se entrada S passa de 0 para 1 OR (recebe um pulso), Então a saída Q passa de 0 para 1, e mantém- se em 1 até que exista um pulso de 0 para 1 em R1 (reset). 000 2. Se a saída Q está em 1 e a entrada R1 para de 0 para 1, Fig. 6. 21. Bloco de função OR Então a saída Q passa de 1 para Lógica E (AND) 0. Este bloco faz a seguinte lógica O reset (R1) é prioritário em relação booleana:ao set (S). 1. Se uma ou mais de suas entradasFlip Flop SR (S prioritário) são falsas (0), a sua saída é falsa(0).Bloco utilizado como memória ou selo. Senão, a saída é verdadeira (1). A 1. Se entrada S1 passa de 0 para 1 saída é verdadeira (1) somente se (recebe um pulso), Então a saída todas as entradas forem verdadeiras Q passa de 0 para 1, e mantém-se (1). em 1 até que exista um pulso de 0 2. Este bloco é extensível, podendo ter para 1 em R (reset). de 2 a 50 entradas, com uma única 2. Se a saída Q está em 0 e a saída. entrada S1 passa de 0 para 1, Então a saída Q passa de 0 para 1. O set (S1) é prioritário em relação ao ANDreset (R). *** *** 000 RS SR Fig. 6. 22. Bloco de função ANDS S1 Q1 Q1R1 R Lógica Mover (MOVE)000 000 1. O bloco MOVE transfere o valorFig. 6. 20. Blocos de função flip flop RS e SR de sua entrada para a sua saída. Ele tem a função de atribuir valores. 2. Este bloco possui apenas uma entrada e uma saída 6.6
  • 115. Diagrama de Bloco de Função PACK1 UNPACK IN0 IN0 CO MOVE NZ IN0 IN0 CI Q0 IN0 INPU Q0 IN0 Q0 000 IN0 Q0 Q0 IN0 Q0 IN0 Q0Fig. 6. 23. Bloco de função MOVE IN1 Q0 IN1 Q0 IN1 Q1Lógica Não (NOT) IN1 Q1 IN1 Q1 Este é o bloco lógico booleano IN1 Q1inversor: a saída é sempre contrária à IN1 Q1entrada, ou seja: Q1 00 000 Q1 1. Entrada 1, Saída 0 2. Entrada 0, Saída 1 Fig. 6. 25. Blocos de função PACK16 e UNPACK16 NOT UNPACK16 1. Desagrupa uma entrada do tipo 000Fig. 6. 24. Bloco de função NOT WORD, que está sendo recebida pelo CLP, via ModBus, em 16Multiplexador (MUX) variáveis de saída do tipo BOOL 1. O valor da saída é igual ao valor (booleana, 0 ou 1), para serem da entrada correspondente ao usadas na lógica. número indicado em K, que pode variar de 0 a 49. 2. O bloco MUX pode selecionar Seletor de Sinais (SEL) entre 2 e 50 variáveis de entrada. 1. Se o valor da entrada G = 0, Então o valor da saída é igual ao valor da entrada IN0.PACK16 2. Se o valor da entrada G = 1, Então Os blocos de função PACK16 e o valor da saída é igual ao valor daUNPACK16 são usados para compactar entrada IN1.e descompactar na comunicação deprotocolos digitais, e.g., ModBus. 1. Compacta uma série de 16 bits de entrada em uma palavra de saída do tipo WORD, que será SEL enviada pelo CLP para a G comunicação ModBus. IN0 IN1 000 Fig. 6. 26. Bloco de função SEL 6.7
  • 116. Diagrama de Bloco de FunçãoTemporizador (TMR) tempo em que a entrada fica desligadaO período de tempo em que a entrada IN deve ser maior que PT).estiver em 1 é registrado no acumulador.Quando o tempo atingir o valor pré-ajustado PT, a saída Q passa a 1. Se oRESET ficar igual a 1, Então o ***acumulador é zerado. IT é o tempo inicial TOFdo acumulador. IN Q PT ET *** 000 TMR Fig. 6. 28 (a). Bloco de função TOF IN Q RES ET PT IT 000Fig. 6. 27. Bloco de função TMRTemporizador TOF Fig. 6. 28 (b). Diagrama de tempo do TOF Neste temporizador, a temporização épara a desenergização. Seus parâmetros Temporizador TONsão os seguintes: Neste temporizador, a temporização é IN – entrada para a energização. Seus parâmetros PT – tempo pré-ajustado (TIME) são os seguintes: Q – saída IN – entrada ET – Tempo transcorrido PT – tempo pré-ajustado (TIME) Sua lógica é: Q – saída1. Se a entrada IN vai de 0 para 1, ET – Tempo transcorrido então a saída vai também de 0 para Sua lógica é: 1, instantaneamente. 5. Se a entrada IN vai de 1 para 0,2. Quando a entrada vai de 1 para 0, a então a saída vai também de 1 para saída começa a contagem. Se a 0, instantaneamente. entrada voltar para 1 antes de 6. Quando a entrada vai de 0 para 1, a transcorrido o tempo de temporização saída começa a contagem. Se a (ajustado em PT), a saída continua entrada voltar para 0 antes de em 1. transcorrido o tempo de temporização3. Se a entrada vai de 1 para 0 e fica (ajustado em PT), a saída continua desligada por período maior que o em 0. PT, então a saída vai para 0 depois 7. Se a entrada vai de 0 para 1 e fica de PT. ligada por período maior que o PT,4. A saída permanece em 0 enquanto a então a saída vai para 1 depois de entrada ficar em 0 e só volta a ligar PT. (ficar igual a 1) quando a entrada 8. A saída permanece em 1 enquanto a voltar a ficar igual a 1. entrada ficar em 1 e só volta a Enfim, o temporizador TOF liga desligar (ficar igual a 0) quando ainstantaneamente quando a entrada é entrada voltar a ficar igual a 0.ligada e desliga depois de um tempo PT Enfim, o temporizador TON desligadepois que a entrada ficar desligada (o instantaneamente quando a entrada é desligada e liga depois de um tempo PT 6.8
  • 117. Diagrama de Bloco de Funçãodepois que a entrada ficar ligada (o Sua lógica é:tempo em que a entrada fica ligada deve 1. Se a entrada IN vai de 0 para 1ser maior que PT). (recebe um pulso), a saída Q vai para 1 e permanece igual a 1 durante o tempo ajustado PT, independente da entrada IN. *** TON 2. Transcorrido o tempo PT, a saída Q vai de 1 para 0. IN Q PT ET 000 *** TPFig. 6. 29 (a). Bloco de função TON IN Q PT ET 000 Fig. 6. 31. Bloco de função TPFig. 6. 29 (b). Diagrama de tempo do TON Tempo menor que PT Tempo maior que PT 5s 20 s IN PT = 10 s 10 s Desligamento OUT Início Fim da contagem (a) Temporizador TON Tempo menor que PT Tempo maior que PT 5s 20 s IN LigamentoPT = 10 s OUT 10 s Início Início Fim da contagem (b) Temporizador TOFFig. 6.30. Diagrama dos tempos do TON e TOFTemporizador TP Neste temporizador, a temporização écomandada por pulsos. Seus parâmetrossão os seguintes: IN – entrada PT – tempo pré-ajustado (TIME) Q – saída ET – Tempo transcorrido 6.9
  • 118. Diagrama de Bloco de Função Indicações das variáveis4. Blocos Personalizados <value> A partir dos blocos padrão, é possível, Utilizado para indicar o valor atual dadesejável e se fazem blocos variável quando ligado ao sistemapersonalizados, que serão usados de CH.SL.PT=>modo repetitivo. Depois de construídos,estes blocos personalizados são Indica um Chassi, Slot e Terminal ouarmazenados no arquivo Biblioteca para se está na memória. Na seqüência, éserem usados. Também a partir de indicado o Alias (endereço deblocos personalizados, pode-se construir comunicação ModBus) para a variável,outros blocos personalizados mais quando houver. Por exemplo:complexos. CH.SL.PT=>01.05.14 12023 é o ponto Alguns blocos personalizados podem, físico no Chassi 01, Slot 05 e ponto 14quando muito utilizados, ser tratados com Alias 12023.como padrão pelo fabricante de CLP ou 99(A99)desenvolvedor de sistemas. Indica a referência de página. O4.1. Parâmetros dos blocos primeiro número indica a página. A letra e número entre parêntesis indicam oVariável INPUT quadrante, ou seja, as coordenadas Y Entrada. Pode ser um valor físico de (vertical) e X (horizontal) e da variável.equipamento ou ainda um valor de Esta indicação é utilizada para variáveismemória. de transferência entre páginas ou quandoVariável OUTPUT uma variável é utilizada mais de uma vez na lógica. Por exemplo, Saída. Pode ser um valor físico de 5(A4) – a variável está na página 5,equipamento ou ainda um valor de na ordenada X = 4 e Y = A.memória. O seu valor pode ser usadocomo entrada, quando ligado ao terminal Formação de TAGde direita. O hífen (“-“) dos Tags foi trocado porVariável LOCAL traço de sublinhar (underscore), “_” ou foi retirado. Esta variável é usada apenas quando Os Tags podem ter prefixos nos finaisse têm pontos de transferência de para identificar seus tipos. Por exemplo,valores, não está associada ao tem-se:equipamento ou memória, podendo ser ED Entrada digital do Triconexutilizada como entrada ou resultado de EA Entrada analógica do Triconexuma operação lógica. SD Saída digital do TriconexConstante Não há nenhuma saída analógica Possui valores que são utilizados (SA) do Triconex, embora exista o blocopara execução da lógica. Não possui AOU.TAG. As outras variáveis são internas e auxiliares do programa (geralmente semElos de ligação Alias) ou de comunicação com o supervisório (com Alias). Ligação lógica - Interligação entre Variáveis com a indicação C ou _ sãoX X variáveis e blocos lógicos Ligação lógica de realimentação - de comunicação escrita com o Interligação entre variáveis e blocos supervisório do Triconex. Quando aX X lógicos que realimenta o valor de saída variável contém R ou _R, ela é de retorno de uma lógica para sua entrada do comando enviado pelo supervisório, sendo então uma variável de leitura do Triconex para o supervisório. 6.10
  • 119. Diagrama de Bloco de FunçãoAlarme/Desarme de ALTA com By PassSe Tag_EA for maior ou igual a Set_Point_EA_A,Então Tag_SH_COMP=0Senão Tag_SH_COMP=1Se Tag_EA for maior ou igual a Set_Point_EA_D,Então Tag_SHH_COMP=0 e Tag_SH_INTLK=0Senão Tag_SH_COMP=1 e Tag_SH_INTLK=1Se By_Pass_BYM_ED=1Então By_Pass_BYMR=1 e Tag_SH_INTLK=1Senão Tag_SH_INTLK será conforme item 2. *** Alm Alta Bypass By pass M ED By pass BYMR Tag EA Tag SH INTLK Set Point EA D Tag SH COMP Set Point EA A Tag SHH COMP 000Fig. 6. 32. Bloco de função personalizado Alm_Alta_BypassFig. 6. 33. Bloco de função Alm_Alta_Bypass explodido 6.1
  • 120. Diagrama de Bloco de FunçãoAlarme/Desarme de BAIXA com By Pass 1. Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_A, Então Tag_SL_COMP=0 Senão Tag_SL_COMP=1 2. Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_D, Então Tag_SLL_COMP=0 e Tag_SL_INTLK=0 Senão Tag_SL_COMP=1 e Tag_SL_INTLK=1 3. Se By_Pass_BYM_ED=1 Então By_Pass_BYMR=1 e Tag_SL_INTLK=1 Senão By_Pass_BYMR=0 e Tag_SL_INTLK será conforme item 2. *** Alm Baixa Bypass By pass M ED By pass BYMR Tag EA Tag SL INTLK Set Point EA D Tag SL COMP Set Point EA A Tag SLL COMP 000Fig. 6. 34. Bloco de função personalizado Alm_Baixa_BypassFig. 6. 35. Bloco de função Alm_Baixa_Bypass explodido 6.2
  • 121. Diagrama de Bloco de FunçãoFig. 6. 36. Aplicação de um bloco de função personalizado 6.3
  • 122. Diagrama de Bloco de FunçãoAlarme/Desarme de BAIXA com By Pass de retorno automático Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_A, Então Tag_SL_COMP=0 Senão Tag_SL_COMP=1 Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_D, Então Tag_SLL_COMP=0 e Tag_SL_INTLK=0 Senão Tag_SL_COMP=1 e Tag_SL_INTLK=1 Se By_Pass_BYM_ED=1 Então By_Pass_BYMR=1 e Tag_SL_INTLK=1 Senão Tag_SL_INTLK será conforme item 2. Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_D e HS_C for acionado, Então Tag_SL_INTLK=1 Esta condição é auto-resetada quando as condições do processo voltam ao normal e HS_R=1 enquanto as condições não forem normalizadas. *** By pass Baixa Gas By pass M ED By pass BYMR HS C Tag SL INTLK Tag EA Tag SLL COMP Set Point EA A Tag SL COMP Set Point EA D HS R 000Fig. 6. 37. Bloco de função personalizado Bypass_Baixa_Gas 6.4
  • 123. Diagrama de Bloco de FunçãoFig. 6. 38. Bloco de função Bypass_Baixa_Gas explodido 6.5
  • 124. Diagrama de Bloco de FunçãoAlarme de ALTA para Analisador com Seleção de Set Point 4. Se By_Pass_N_ED=0 : - Se Tag_EA for maior que Set_Point_EA_A_N, Então Tag_SH_ALM=0, Senão Tag_SH_ALM=1 - Se Tag_EA for maior que Set_Point_EA_D_N, Então Tag_SHH_ALM=0, Senão Tag_SHH_ALM=1 5. Se By_Pass_BYM_N_ED=1 -Se Tag_EA for maior que Set_Point_EA_A_M, Então Tag_SH_ALM=0, Senão Tag_SH_ALM=1. -Se Tag_EA for maior que Set_Point_EA_D_M, Então Tag_SHH_ALM=0, Senão Tag_SHH_ALM-1 *** Alm Alta Analisador By pass M ED Tag SH INTLK Tag EA Tag SH ALM Set Point EA A M Set Point EA A N Set_Point_EA_D_N Set Point EA D N 000Fig. 6. 39. Bloco de função personalizado Alm_Alta_AnalisadorFig. 6. 40. Bloco de função Alm_Alta_Analisador explodido 6.6
  • 125. Diagrama de Bloco de FunçãoBlink (Piscar) 1. Se a entrada IN recebe um sinal verdadeiro (1), Então a saída Q alterna o seu valor entre 0 e 1 segundo o tempo pré-determinado em T_ON (Tempo_Ligado) e T_OFF (Tempo_Desligado). 2. O bloco blink é astável. Parâmetros do bloco IN – Entrada (BOOL) RESET – (BOOL) T_ON – Tempo da saída Q energizada (TIME) T_OFF – Tempo da saída Q desenergizada (TIME) Q – saída (BOOL) *** BLINK IN RESET Q T ON T OFF 000Fig. 6. 41. Bloco de função personalizado BLINK 6.7
  • 126. Diagrama de Bloco de FunçãoBy Pass de Set Point de desarme de 100% das bombas de óleo de Mobiltherm 1. Se By_Pass_M_ED=0 e HS_C=0, o set point para comparar com o valor de entrada é o set point de 100% - Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_D_100, Então Tag SL_INTLK=1, - HS_R=0 2. Se By_Pass_M_ED=0 e HS_C=pulso (0->1->0), o set point para comparar com o valor de entrada é o set point de 50% - Se Tag_EA for menor ou igual a Set_Point_EA_D_50, Então Tag SL_INTLK=1, HS_R=1 - Se a entrada Tag_EA for maior ou igual a 5% do set point de 100%, o set point a ser usado será o de 100% e HS_R=0. 3. Enquanto By_Pass_M_ED=1: - Tag_SL_INTLK=1, By_Pass_BYMR-1 4. Tag_SL_COMP_50 e Tag_SL_COM_100 são as indicações de alarme de 50 e 100%, respectivamente, sem a interferência de By_Pass_M_ED e HS_C. *** By pass Comp Mobil By pass M ED By pass BYMR HS C Tag SL INTLK Tag EA Tag_SLL_COMP_100 Set_Point_EA_D_100 Tag_SL_COMP_50 Set_Point_EA_D_50 HS R Set_Point_EA_D_50 000Fig. 6. 42. Bloco de função personalizado By_Pass_Comp_Mobil 6.8
  • 127. Diagrama de Bloco de FunçãoFig. 6. 43. Bloco de função By_pass_Comp_Mobil explodido 6.9
  • 128. Diagrama de Bloco de FunçãoContador Utilizado para a seleção de amostras. 6. Se Auto_Manual=1 (AUTO), Então gera-se um trem de pulsos, cujo primeiro pulso tem como tempo a entrada Set_Point1 e nos demais pulsos a entrada Set_Point2, repetindo a seqüência quando Contador_1 For igual a N_DCS. 7. Se Auto_Manual=0 (MANUAL), Então a saída PULSO permanece em 0 e o Contador_1 é zerado. *** Contador Auto Manual Contador 1 Set Point1 Pulso Set Point2 Relógio N DCS Relógio1 000Fig. 6. 44. Bloco de função personalizado ContadorFig. 6. 45. Saída do controle versus tempo 6.10
  • 129. Diagrama de Bloco de FunçãoControle de Acionamento de MOV 1. Se HS_Abre=0 e HS_Fecha=0: -Comando_Abre=0, Comando_Fecha=0 e Comando_Para=1 2. Se HS_Abre=1 e HS_Fecha=0: -Comando_Abre=1, Comando_Fecha=0 e Comando_Para=0 3. Se HS_Abre=0 e HS_Fecha=1: -Comando_Abre=0, Comando_Fecha=1 e Comando_Para=0 *** Controle MOV Comando Abre HS Abre Tag EA Comando Fecha Comando Para 000Fig. 6. 46. Bloco de função personalizado Controle_MOVFig. 6. 47. Bloco de função Controle_MOV explodido 6.11
  • 130. Diagrama de Bloco de FunçãoDesarme de BAIXA com By Pass 1. Se Tag_EA for menor que Set_Point_EA_D, Então Tag_SLL_COMP=0 e Tag_SL_INTLK=0 Senão Tag_SL_COMP=1 e Tag_SL_INTLK=1 2. Se By_Pass_M_ED=1, Então By_Pass_BYMR=1 e Tag SL_INTLK=1, Senão Tag_SL_INTLK será conforme item 1. *** *** Des Baixa Bypass Des Alta Bypass By pass M ED By pass M ED Tag EA By Pass BYMR Tag EA By Pass BYMR Set Point EA D Tag SL INLK Set Point EA D Tag SH INLK Tag SLL COMP Tag SHH COMP 000 000Fig. 6. 48. Blocos de função personalizados: Des_Baixa_Bypass e Des_Alta_BypassFig. 6. 49. Bloco de função Des_Baixa_Bypass explodidoDesarme de ALTA com By Pass1. Se Tag_EA for maior que Set_Point_EA_D, Então Tag_SHH_COMP=0 e Tag_SH_INTLK=0 Senão Tag_SH_COMP=1 e Tag_SH_INTLK=12. Se By_Pass_M_ED=1, Então By_Pass_BYMR=1 e Tag SH_INTLK=1, Senão Tag_SH_INTLK será conforme item 1. 6.12
  • 131. Diagrama de Bloco de FunçãoRastreador de Alta 1. Se o valor da entrada Tag_EA decresce, o Set_Point (determinado pela razão de Tag_EA convertida para a escala determinada pela Range_Max e Range_min, multiplicada pelo fator MUL) acompanha a entrada, porém, mantem a razão FATOR_MUL com a entrada. 2. Se o valor da entrada Tag_EA pára de decrescer e começa a crescer, o Set_Point é travado no último valor em que o Tag_EA esta decrescendo. Se By_Pass_HS_C, a razão entre o Set_Point e Tag_EA passa novamente a ser igual ao FATOR_MUL. 3. Se o valor Tag_EA é maior que o valor do set point e By_Pass_BYOC=0 Então, Tag_SDH_INTLK=0 e Tag_SDH_COMP=0 Senão, Tag_SDH_INTLK=1 e Tag_SDH_COMP=1 4. Tag_Pct_Desv_SAR é o desvio entre o valor do Tag_EA e o set point na escala de 810 a 4095 (equivalente a 0 a 100%). 5. Se By_Pass_BYOC=1, Então Tag_SDH_INTLK = 1 sempre e demais condições permanecem como no item anterior. *** *** Rastreador Baixa Rastreador Alta Tag EA Tag_Pct_Desv_SAR Tag EA Tag_Pct_Desv_SAR Range Max Tag Rastreador Range Max Tag Rastreador Range Min Tag SDL INTLK Range Min Tag SDH INTLK Fator Mul Tag SDL COMP Fator Mul Tag SDH COMP By Pass HS C HS R By Pass HS C HS R By Pass BYOC By Pass BYOR By Pass BYOC By Pass BYOR 000 000Fig. 6. 50. Blocos de função personalizados: Rastreador_Alta e Rastreador_BaixaRastreador de Baixa 1. Se o valor da entrada Tag_EA cresce, o Set_Point (determinado pela razão de Tag_EA convertida para a escala determinada pela Range_Max e Range_min, multiplicada pelo fator MUL) acompanha a entrada, porém, mantem a razão FATOR_MUL com a entrada. 2. Se o valor da entrada Tag_EA pára de crescer e começa a decrescer, o Set_Point é travado no último valor em que o Tag_EA estava crescendo. Se By_Pass_HS_C, a razão entre o Set_Point e Tag_EA passa novamente a ser igual ao FATOR_MUL. 3. Se o valor Tag_EA é menor que o valor do set point e By_Pass_BYOC=0 Então, Tag_SDH_INTLK=0 e Tag_SDH_COMP=0 senão, Tag_SDH_INTLK=1 e Tag_SDH_COMP=1 4. Tag_Pct_Desv_SAR é o desvio entre o valor do Tag_EA e o set point na escala de 810 a 4095 (equivalente a 0 a 100%). 5. Se By_Pass_BYOC=1, Então Tag_SDH_INTLK = 1 sempre e demais condições permanecem como no item anterior. 6.13
  • 132. Diagrama de Bloco de FunçãoFig. 6. 51. Bloco de função Rastreador_Baixa explodido 6.14
  • 133. Diagrama de Bloco de FunçãoSeletor de By Pass 1. Impede que dois instrumentos sejam bypassados ao mesmo tempo, ou seja, uma vez que BYMC_1 é acionado (1), a saída By_Pass_1 passa para 1, desde que a entrada BYMC_2 não esteja em 1 e vice versa. *** Seletor By Pass BYMC 1 By Pass 1 BYMC 2 By Pass 2 000Fig. 6. 52. Bloco de função personalizado Seletor_By_PassTR_CALENDAR 1. O bloco os dados de ANO, MÊS, DIA, HORA, MINUTO, SEGUNDO,MILISSEGUNDO, DIA DA SEMANA E SEGUNDOS, em relação à dada de JAN 01, 197000:00:00m quando a entrada CI é igual a 1; Senão (CI=0), os valores ficam congelados. TR_CALENDAR CO CI YEAR MONTH DAY HOUR MINUTE SECOND MILLISEC WEEKDAY 000 RELSECFig. 6. 53. Bloco de função personalizado TR_CALENDAR ApostilasDiagramas 5BlocosFuncao.doc 09 JUN 00 6.15
  • 134. Diagrama de Bloco de Função D-6340 - SUPERVISÓRIO BOTÕES DE COMANDO / BY - PASS HS P#BYM-6341 P HS-4 1 BYM PB6341 6341 P-BYM-6341 - By-Pass do PSL-6341 PR6341 PT-6341 PSL HS-3 2 6341 2964 PL#6341 PSL#6341 PSL- DI-5 D2-5 D3-5 3 6341 PL#6341 PSL-6341: Pressão da Água de Alimentação PSL6341 P-BYM-6341 4 PR6341Fig. 6.54. Diagrama ladder dos Botões de Comando e By passFig. 6.55. Diagrama com blocos funcionais dos Botões de Comando e By pass 6.16
  • 135. Tecnologias1. Instrumentação Inteligente2. Computador no Processo3. Controlador Lógico Programável (CLP)4. Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA)5. Integração de Sistemas6. Base de Dados 6.1
  • 136. 7 Instrumentação Inteligente Em instrumentação, o1. Instrumento microprocessador está integralizado amicroprocessado circuitos de cromatógrafos e analisadores de composição. Mesmo os instrumentos1.1. Conceito de microprocessador convencionais utilizam O prefixo micro significa que o microprocessadores para otimizar seuprocessador é fabricado em um chip funcionamento, p. ex., controladores comsemicondutor, onde há um circuito transferência A/M. A mais fascinante aeletrônico com larga escala de integração atraente aplicação do microprocessador(LSI), ou seja, há milhões de em instrumentação está na estação decomponentes passivos e ativos auto-sintonia da malha de controle.eletrônicos dentro de um extratosemicondutor medindo alguns poucoscentímetros. Não há um computador nochip, mas uma unidade deprocessamento central (CPU).Interligados à CPU há circuitos deentrada/saída (I/O), memórias de váriostipos e os periféricos. Omicroprocessador é barato para comprar.Geralmente, os periféricos, que sãoeletromecânicos, são muito mais carosque o próprio micro. O microprocessador é barato parafuncionar, pois o consumo de energia ébaixíssimo. A manutenção domicroprocessador é fácil, pois geralmente Fig. 6.1. Instrumentação inteligente, (Foxboro)ele é autotestável. Cadamicroprocessador pode incluir umdetector de erro, que o teste a cada No controle digital asegundo e não uma vez por semana. Os microprocessador distribuído, cadamicroprocessadores são de tamanho processo é controlado por umpequeno podendo ser embutidos e microprocessador. Por causa de seuincorporados a circuitos convencionais. baixíssimo custo, o microprocessador pode ser abundantemente distribuídoMicroprocessador como controlador para monitorar as diferentes partes do Desde que o microprocessador é um processo. Cada microprocessador podeprocessador, ele pode ser associado a controlar simultaneamente algumascircuitos adicionais de I/O e outros dezenas de malhas convencionais. Osperiféricos para formar um controlador, sinais analógicos do processo sãoconceitualmente equivalente a um grande convertidos em digitais pelocomputador digital. microprocessador, que tem embutida em 7.1
  • 137. Instrumentação Inteligenteseu circuito a função de multiplexagem. computadores. Sob o ponto de vista doDepois de efetuar os cálculos e controle de processo, pelas constantescomputações matemáticas necessárias, de tempo envolvidas e necessidades deo microprocessador gera um sinal digital, memória, mesmo um microprocessadorque é convertido de volta em analógico convencional pode exercer as funções depara atuação dos elementos finais de gerenciamento e otimização. Como ocontrole. Cada microprocessador se microprocessador central delega parte dededica ao controle de um conjunto de suas responsabilidades aos microsmalhas. Para o controle de todo o distribuídos, ele não precisa ser nem tãoprocesso são usados vários rápido e nem tão sofisticado.microprocessadores, que devem ser Função do Microprocessadorinterligados a um outro microprocessadorsupervisório. Vários microprocessadores O microprocessador revolucionou asupervisórios, por sua vez, podem ser instrumentação eletrônica. O uso deassistidos por um outro microprocessador microprocessador em instrumentosgerente. Através do raciocínio de aumentou drasticamente sua exatidão,computadores serem associados em expandiu suas capacidades, melhoroudiferentes níveis de cooperação e função, sua confiabilidade e forneceu umapode se obter um sistema hierarquizado, ferramenta para desempenhar tarefasanálogo a um organograma da própria não imagináveis até então.planta. O instrumento a microprocessador se Têm-se os seguintes níveis, com tornou extremamente versátil, onde osfunções cada vez menos específicos: procedimentos de medição se tornaram1. microprocessadores distribuídos e mais facilmente administráveis, ajustes, responsáveis por tarefas e funções calibração e teste se tornaram muito especificas, tais como alarme, automáticos e o seu desempenho controle, intertravamento e segurança. metrológico foi melhorado. O Seus tempos de resposta são microprocessador fornece pequenos, da ordem de frações de 1. procedimentos computacionais segundos. mais eficientes,2. microprocessadores supervisórios, 2. analise estatística dos resultados com a finalidade de aumentar a 3. resultados linearizados e corrigidos eficiência do controle, através da 4. funções programáveis. modificação de pontos de ajuste dos Houve uma mudança radical na microprocessadores responsáveis filosofia do projeto do instrumento. Como pelo controle (nível 1). Tempo de o microprocessador se tornou uma parte resposta: cerca de minutos. integral do instrumento, os enfoques são3. microprocessadores de otimização e totalmente diferentes com relação à comunicação, com as tarefas mais estrutura, circuito e controle do genéricas de estabelecer a política de instrumento. As principais vantagens do longo prazo e utilização de energia. A instrumento microprocessado são: resposta dinâmica dos 1. multifuncionalidade estendida e microprocessadores deste nível é da expandida em programas ordem de horas. flexíveis,4. microprocessador mestre (host) ou 2. consumo de energia muito principal, cuja função é a de gerenciar reduzido, o controle no mais alto nível. Pode ser 3. adaptação fácil a interfaces responsável pela analise financeira e padrão de bus para sistemas o gerenciamento da produção. Os integrados tempos envolvidos são da ordem de 4. facilidade de controle por causa semana. da interface Nem todos os sistemas possuem 5. operação e uso mais simples,todos os quatro níveis. Por preconceito, economizando tempo.às vezes, os microprocessadores dos 6. tamanho miniaturizadoníveis 3 e 4 são chamados de 7.2
  • 138. Instrumentação Inteligente 7. confiabilidade maior, por ter 3. autoteste e autodiagnose. poucos componentes, e 4. medição replicada do valor e a componentes mais confiáveis por computação estatística para dar o causa do encapsulamento que o resultado mais esperado. torna imune à umidade e 5. apresentação do resultado em temperatura. display de modo que os resultados estranhos são descartados.1.2. Vantagens domicroprocessador Capacidades expandidasMultifuncionalidade O microprocessador estende e expande as capacidades do instrumento, A idéia de instrumento multifuncional tornando-o adaptável a várias formas denão é nova. Porém, sem o uso do técnicas de medição, como mediçãomicroprocessador, um instrumento inferencial (indireta) e acumulativa.multifuncional era, na prática, a O instrumento microprocessado podemontagem de várias sub-unidades fazer várias medições simultâneas efuncionais em um único invólucro. Em fazer computações matemáticasserviço, o usuário escolhia sua função complexas destes sinais, paraatravés de chaves convenientes. Deste compensar, linearizar e filtrar osmodo, ele montava as várias sub- resultados finais. Em resposta a umunidades em uma configuração adaptada simples comando entrado através de seupara medir a função escolhida. O teclado, o microprocessador pega aalgoritmo de projeto do instrumento técnica de medição certa, armazena osficava inalterado. O instrumento resultados das várias medições diretas,multifunção convencional usava lógica faz os cálculos e apresenta o resultadofixa com todos os circuitos e fios físicos final condicionado no display. A mediçãosoldados (hard-wired). Esta forma de é indireta, porém ela parece direta para ológica contradiz a multifuncionalidade e operador.eficiência. Sempre havia problemas para Por exemplo, na medição da vazãocontrolar e chavear as várias funções do de gases, um computador de vazãoinstrumento. microprocessado recebe os sinais O microprocessador, como parte correspondentes ao medidor de vazãointegrante do instrumento, tornou a lógica (transmissor associado à placa, turbina,fixa do instrumento multifuncional em vortex), pressão, temperatura eprogramável. O programa que executa composição. Todos estes sinais sãosuas múltiplas funções fica armazenado computados internamente e o totalizadorem memórias eletrônicas (ROM ou pode apresentar o valor da vazãoPROM). Por este motivo, o instrumento instantânea compensada em massa oumicroprocessador é também chamado de volume, o valor do volume ou massaprograma armazenado. A lógica acumulado e a densidade do gás. Para oarmazenada torna o instrumento fácil de operador, tudo parece como se oser programado e de ser atualizado, sem computador estivesse fazendo a mediçãomudanças significativas no circuito. A diretamente da vazão mássica.lógica programável tornou o preço do Em outro exemplo, seja a medição dainstrumento muito menor, por causa da potência dissipada através de um resistorpadronização e simplicidade dos por um voltímetro microprocessado. Ocomponentes. operador diz ao voltímetro para medir aExatidão melhorada resistência do resistor, armazenar o A exatidão do instrumento resultado e depois medir a voltagemmicroprocessado foi muito melhorada. Os através do resistor e finalmente computarerros sistemáticos podem ser diminuídos a potência.por vários motivos: Controle simplificado 1. um ajuste de zero automático no Inicialmente, se pensa que o início de cada medição, instrumento multifunção programável é 2. uma calibração automática 7.3
  • 139. Instrumentação Inteligentemais complicado. O instrumento Geralmente, os erros sistemáticosinteligente possui um conjunto de teclas são provocados por desvio do zero,(teclado) externo e na sua parte frontal. desvio do fator de ganho do circuitoAtravés das teclas diretas ou combinação condicionador de sinal e não linearidadesde teclas se pode selecionar as funções, internas do instrumento.faixas e modos de medição. Por O microprocessador incorporado noexemplo, um voltímetro digital tem um instrumento pode eliminar os errosteclado com 17 teclas e pode fornecer sistemáticos.um total de 44 combinações de funções, Ele elimina o erro de desvio de zero,faixas e modos. O instrumento ainda armazenando o valor correspondente aopode ter alarmes que operam quando o zero do instrumento e subtraindooperador faz movimentos errados e automaticamente este valor das leiturasaperta teclas incompatíveis. do instrumento. Ele elimina o erro de ganho doOperações matemáticas do resultado instrumento, armazenando um número É possível que o operador queira uma quando o instrumento é desligado e quefunção matemática de um resultado e corresponde a um valor definido danão somente no resultado em si. O voltagem de entrada. Quando oinstrumento microprocessado pode instrumento é religado para fazer novasfornecer várias transformações medições, o instrumentofuncionais, como: microprocessado faz comparações e usa 1. multiplicar o resultado por um um fator de correção para aplicar nas fator constante novas medições. 2. apresentar o erro absoluto da O instrumento pode ainda fazer medição correções para os erros devidos a 3. apresentar o erro percentual da variação da freqüência do sinal (o ganho medição do condicionador de sinal em uma dada 4. subtrair uma constante do freqüência é diferente do ganho em sua resultado freqüência de referência.) O instrumento 5. dividir o resultado por uma armazena na memória a sua freqüência constante de referência e corrige as medições para 6. apresentar o resultado em as diferentes freqüências. unidades logarítmicas Os erros aleatórios não podem ser 7. linearizar resultados antecipados e evitados. O máximo que oAnálise estatística operador pode fazer é minimizar seus Os instrumentos microprocessados efeitos, fazendo um tratamento estatísticopodem gerar o valor médio, valor eficaz de todas as medições replicadas. Deste(root mean square), a variância, o desvio modo, o instrumento microprocessadopadrão de uma variável aleatória sendo armazena os resultados das mediçõesanalisada e o coeficiente de correlação repetidas e faz o seu processamento emde duas variáveis aleatórias. Há algoritmos apropriados para determinarinstrumentos microprocessados média, desvio padrão e erro aleatórioprojetados especificamente para fazer a relativo. O instrumento pode, poranalise estatística dos sinais. exemplo, determinar a média esperada, testar a hipótese que as probabilidadesMelhoria do desempenho metrológico do erro aleatório são normalmente As características metrológicas do distribuídas e computar os limites deinstrumento são aquelas diretamente erros aleatórios.relacionadas com seu desempenho, em 1.3. Aplicaçõesgeral e com sua precisão, em particular. Todo instrumento está sujeito a erros Um instrumento microprocessado é asistemáticos, aleatórios e acidentais. melhor solução quando:Todos estes erros podem ser 1. o instrumento deve serminimizados (exceto o aleatório) nos multifuncional, programável einstrumentos a microprocessador. versátil 7.4
  • 140. Instrumentação Inteligente 2. o sistema de medição deve ser programa (software) que é outro motivo expandido para acomodar várias de repulsa, pois o seu custo é maior que funções o do microprocessador. 3. o sistema de medição deve ser Todas estas questões são facilmente interfaceado com um sistema digital resolvidas. Embora internamente o 4. os dados devem ser armazenados microprocessador tenha milhares (e até em memória milhões) de componentes, esta 5. um grande número de estados complexidade não requer que o seu lógicos deve ser mantido na usuário a entenda. Mesmo complexo, o memória microprocessador é estável e confiável, 6. as medições feitas por técnicas muito mais que qualquer circuito com indiretas e cumulativas e o componentes discretos. Embora a procedimento devem ser maioria utilize somente uma pequena automatizados parte da capacidade total do 7. é especificado um alto microprocessador, ainda assim a sua desempenho metrológico, aplicação é economicamente vantajosa. impossível de ser obtido por O software associado ao métodos convencionais microcomputador é também complexo e 8. são essenciais a autocalibração e pode ter os seus besouros (bugs), porém autodiagnose o usuário não precisa conhece-lo. 6.3. 9. o processamento estatístico dos Vantagens e limitações dados deve ser parte do Há varias vantagens obvias no procedimento de medição e feito sistema de controle com automaticamente microprocessadores distribuídos: 10. as incertezas das medições devem 1. Divisão de trabalho e funções. ser determinadas e apresentadas Mesmo que o sistema operacional no display, em linha do processo final seja centralizado em um único 11. há necessidade de transformações microprocessador mestre, as funções funcionais matemáticas, como são distribuídas geograficamente no linearização, conversão de processo e hierarquicamente entre os resultados, compensação através vários microprocessadores. O grau de de cálculos complexos multiprogramação é diminuído, desde Por causa de todas estas vantagens, que algumas funções podem sero microprocessador chegou e vai ficar desempenhadas diretamente porpor muito tempo nos campos da medição unidades remotas. Alarme ee instrumentação. Ele é a base do intertravamento, p. ex., podem serprogresso que a ciência e a tecnologia feitos pelas unidades locais, semtiveram nos últimos e nos próximos anos. esperar a disponibilidade do sistema Há também várias razões para central.questionar o uso do instrumento 2. Grau de modularidade emicroprocessado, algumas subjetivas e flexibilidade. As unidades remotasoutras objetivas. As mais importantes podem ser aumentadas, retiradas ousão: substituídas, sem interferência no Há a barreira psicológica, de algumas resto do sistema. O sistema podepessoas que desconhecem o começar pequeno e crescer, comomicroprocessador ainda duvidam e não ocorre na maioria absoluta das plantasaceitam os benefícios transparentes do de processo industrial.microprocessador. Muitos acham que o 3. Maior integridade e confiabilidade.microprocessador é muito complicado e Quando previsto na programação eeconomicamente não é atraente. Muitos nas ligações dos equipamentos, aacham que não necessitam de toda a retirada ou falha de uma unidade nãocapacidade do microprocessador e por interfere e nem interrompe oisso a sua aplicação seria ociosa e funcionamento de outras unidades. Ouexagerada. Outros acham que o seja, não há interferência nemmicroprocessador está associado a um horizontal e, com algumas restrições, 7.5
  • 141. Instrumentação Inteligente nem vertical. A falha do distribuídos. Todos eles têm vantagens e microprocessador principal pode desvantagens inerentes e por isso todos degradar e fazer desaparecer algumas continuarão a existir. A escolha correta funções, porém, as funções mais de um sistema entre os vários existentes críticas devem ser preservadas, como deve ser feita, baseando-se em controle, alarme e segurança. considerações técnicas e econômicas.4. Baixo custo dos equipamentos. O computador deve ser um Quando comparado com o sistema suplemento a técnicas de controle SDCD, este é o grande trunfo. Na existentes e deve desempenhar um prática, o controle pode ser feito por trabalho que o sistema convencional não microprocessadores do tipo pessoal, possa fazer. Ele não deve e nem pode cujo custo é da ordem de poucos ser usado para substituir todo o trabalho milhares de dólares. humano, mas deve exigir a inteligência5. Não há necessárias linguagens do operador de modo que o trabalho especiais. As dificuldades de penoso e cansativo se torne válido e implantação do sistema estão no digno. Finalmente, o ser humano é o desenvolvimento para ele desenvolver mais sensível e adaptável controlador os algoritmos específicos de controle, imaginável. E insubstituível! como PID. Os altos custos relativos dos periféricos não são restritos a esta 2. Controlador inteligente configuração mas são comuns a todas aplicações com controle digital. 2.1. Conceito1.4. Conclusões O controlador single loop é o instrumento microprocessado com todas Embora atrasada, a tecnologia do as vantagens relacionadas acimacomputador digital para controle de inerentes à sua natureza que pode serprocesso está entre nos. Inevitavelmente usado para controlar uma única malhae por causa das técnicas de marketing, (daí o nome, single loop). É tambémhá um entusiasmo inicial com a nova chamado de single station. O controladortecnologia, que abrange as áreas de single loop resolve o algoritmo deprogramação e de equipamentos. controle para produzir uma única saídaAtravés da literatura técnica tem-se a controlada. O seu baixo custo permite(falsa) impressão que o novo que ele seja dedicado a uma únicadesenvolvimento é uma solução universal malha. Por questão de marketing e porpara todos os problemas conhecidos de causa de sua grande capacidade, umcontrole e de computação. Quando o único invólucro pode ter dois e até quatrodesenvolvimento amadurece e é melhor controladores, porém, com o aumento deentendido, suas limitações se tornam dificuldade da operação.conhecidas, novos problemas aparecem O microprocessador pode tercom os novos equipamentos e se vê que qualquer função configurável e por isso,ainda não se tem a resposta de todos os um mesmo instrumento pode funcionarproblemas. como controlador, controlador cascata, Deve ser encontrado um ponto de controlador auto-seletor ou comoequilíbrio entre usuários e fabricantes, computador de vazão com compensaçãoonde o uso do computador para controle de pressão e temperatura. Ade processo traga vantagens para todos configuração pode ser feita através deos envolvidos. Não é conveniente nem teclados acoplados ao instrumento ouinteligente o uso do computador apenas através de programadores separadospara duplicar funções já feitas (stand alone).adequadamente por instrumentos Como a tecnologia do single loop éconvencionais, simplesmente por que é moderna, o instrumento incorpora todosmoda ou há verba disponível. os avanços da tecnologia eletrônica, Há sistema com computadores e sem microprocessadores, displays novos ecomputadores. Há sistemas com programas criativos.computadores centralizados e 7.6
  • 142. Instrumentação Inteligente2.2. Características Em siderurgias, é comum a aplicação de programas de temperatura, onde se temTamanho uma rampa de aquecimento, a Tem tamanho pequeno ou muito manutenção da temperatura em umpequeno (menor que as dimensões DIN). patamar durante um determinado tempoNão necessariamente a mais importante, e o abaixamento em vários degraus.mas um das características mais notávelda presente geração de controladoressingle loop é seu pequeno tamanhofísico. A maioria dos controladores segueas dimensões européias DIN (DeutcheIndustrie Norm) para aberturas de paine: ¼ DIN - 96 x 96 mm (3,8 x 3,8polegadas)1/8 DIN - 96 x 48 mm (3,8 x 1,9polegadas)1/16 DIN - 48 x 48 mm (1,9 x 1,9polegada) O mais popular é o 1/16 DIN.Funções de controle Muitos controladores chamados desingle loop são dual loops. Através de Fig. 6.2. Frontal do controlador single loopmicroprocessadores no circuito, muitos (Moore)controladores oferecem os formatos deliga-desliga e PID. Outros controladores Outras propriedadesincorporam funções matemáticas, ou no Os controladores single loop possuempróprio circuito ou através de módulos ainda capacidade de auto/manual, pontofuncionais opcionais incorporados na de ajuste múltiplo, autodiagnose ecaixa. Estas funções matemáticas memória. São construídos deincluem: conformidade com normas para ser Somador - subtrator facilmente incorporado e acionado por Ganho ajustável com polarização sistemas SDCD. Multiplicador - divisor As aplicações típicas do single loop Compensador lead/lag são em plantas pequenas e médias que(avanço/atraso) não podem ou não querem operar, em Filtro dual futuro próximo, em ambiente com Limitador de rampa e de sinal controle digital distribuído. Mesmo em Rastreamento (tracking) analógico sistemas de SDCD, há malhas críticas Extrator de raiz quadrada que, por motivo de segurança, são Seletor de sinal (alto/baixo e médio) controladas por controladores single- Conversor de sinal (termopares, RTD) loop. Potenciômetro (não isolado e isolado) 2.3. Controladores comerciaisAuto sintonia Esta propriedade é disponível na Controlador Baileymaioria dos controladores single loop, O controlador Bailey tem capacidadeexceto nos de baixo custo. de duas malhas (dual loop) para controle de uma grande variedade de variáveis. OSeqüencial e programação de tempo instrumento incorpora: A maioria dos controladores single 1. display de plasma de gás paraloop possui capacidade de programação ponto de ajuste e saída de controletemporal e sequenciamento de 2. capacidade de armazenar até 75operações. A programação envolve códigos de funçõesquaisquer duas variáveis, porém o mais 3. número de entradas e saídascomum é se ter o tempo e a temperatura. flexível 7.7
  • 143. Instrumentação Inteligente4. estação opcional de bypass da 4. painel da estação de trabalho, para malha para controle manual direto indicar status de operação das saídas do processo durante (computador ou local), status do ponto manutenção. de ajuste (remoto, local ou relação),1. auto-sintonia. status da saída (automático ou A configuração e sintonia são obtidas manual) e status de alarme (ligado ouatravés de um terminal portátil desligado)proprietário que usa cursor acionado por 5. teclado com 8 teclas paramenu para o operador navegar através configuração e operação parade procedimentos de preencher campos selecionar, configurar e sintonizar oem branco. controlador O controlador tem capacidade demonitorar, controlar, configurar até 1500pontos de controle através de umcomputador pessoal. Também, na mesma família doproduto, há um controlador seqüencialque fornece entradas e saídas digitaisadicionais para controlar até trêsseqüências, um link serial decomunicação RS 232 C para ligar adispositivos externos, como impressoraou sistema de aquisição de dados. As aplicações comuns incluemcontrole vazão, temperatura e pressão de Fig. 7.4. Controladores single loop (Foxboro)alimentação de caldeira a três elementose controle de surge de compressor,controle de motor, gerenciamento de Suas especificações funcionais são: 1. sinais de entrada proporcionais, qualquer combinação não excedendo 4 analógicas (4 a 20 mA, 1 a 5 V, voltagem de termopar ou resistência de RTD) e 2 entradas de freqüência. Todos os sinais de entrada são convertidos e podem ser caracterizados em uma variedade de cálculos. 2. cada controlador possui duasqueima e outras com partidas e paradas. funções de controle independentes que podem ser configuradas como um único controlador, doisFig. 7.3. Controlador Bailey e HHT controladores em cascata ou emControlador Foxboro seleção automática. Os algoritmos padrão para cada controlador são O controlador single station Foxboro P, I, PD, PI, PID e controleinclui:1. display analógico fluorescente para EXACT mostrar através de barra de gráfico o 3. duas saídas analógicas não valor da variável, do ponto de ajuste e isoladas e duas saídas discretas da saída do controlador 4. outras funções de controle como2. display digital para indicar através de caracterização, linearizadores, dígitos os valores e unidades de portas lógicas, condicionadores de engenharia sinal3. display alfanumérico para indicar tag 5. alarmes da malha selecionada 6. computações matemáticas 7.8
  • 144. Instrumentação Inteligente 7. alimentação do transmissor de campo 8. memória para armazenar todos os parâmetros de configuração e operação 9. filtros de entrada (Butterworth) 10. distribuição de sinais (até 30 sinais para roteamento interno)Controlador Moore Fig. 7.5. Controlador single loop (Moore) O controlador digital microprocessadosingle loop da Moore possui as seguintescaracterísticas físicas:1. Display com barra gráfica de Controlador WEST cristal líquido (LCD) para variável do O controlador programador isolado processo, ponto de ajuste e valores West é disponível em um invólucro DIN da válvula de 1/8 (96 x 48 mm). Suas características2. Display digital para unidades de são: engenharia 1. Display com duas linhas por LEDs3. Display alfanumérico para status e 2. Sete LEDs dedicados são usados indicação de alarmes. para mostrar a legenda do cursor4. Funções e operações como durante a configuração e o status entradas, sadias, controles e do instrumento quando um computações são armazenados programa estiver rodando. dentro da memória do modelo como 3. Saída de controle PID que pode modular. ser oferecida com uma saída 15. Facilidade de seleção dos blocos (aquecimento) e uma saída 2 funcionais. Tipicamente os blocos de (resfriamento) com a adição de função têm valores de parâmetros, uma saída de alarme. limites de calibração e informações 4. Opção de comunicação serial RS de comunicação com outros blocos 485 para ligação entre mestre e de função selecionados pelo usuário. escravo.6. Possibilidade de expansão com 5. Capacidade de base de tempo blocos funcionais adicionais para dupla permitindo taxas de implementar controle avançado programa hora-minuto ou minuto-7. Uso como computador de vazão, segundo. com compensação de temperatura e 6. Revisão dos parâmetros de pressão do sinal de vazão. programa sem interrupção do8. Capacidades avançadas de programa. compensação de tempo morto, 7. Controle auto-manual, permitindo controle preditivo antecipatório, a passagem de automático (malha cascata, auto-seletor, faixa dividida. fechada) para manual (malha9. Opção de terceira entrada aberta). adicional para acomodar termopares, 8. Sintonia prévia e auto-sintonia freqüência, militensão, resistência podem ser selecionadas ou não detectora de temperatura ou pulso de selecionadas. computador. As aplicações típicas envolvem10. Interface de comunicação serial processos de tratamento de calor, para ligação com rede de preparação de alimentos, esterilização e computadores. câmaras ambientais. 7.9
  • 145. Instrumentação Inteligente Fig. 7.7. Controladores Johnson YokogawaFig. 7.6. Controlador WestControlador Yokogawa O controlador programável daJohnson Yokogawa incorpora funções decontrole e computacionais que podemser combinadas de modo análogo àprogramação de uma calculadoraeletrônica. A função de auto-sintonia émuito útil em aplicações de batelada devários produtos, onde as característicasdo produto podem variar de produto paraproduto. Ele apresenta um algoritmo,acionado pelas variações do ponto deajuste ou sob demanda e fornece umaresposta rápida para variações do Fig. 7.8. Controladores single loop interligados aprocesso. Outras características incluem: um sistema de comunicação digital 1. controle preditivo antecipatório (feedforward), com computações de ganho e polarização 2. processamento de sinais 3. entradas analógicas (4 pontos, 1 a 5 V cc) 4. saídas analógicas (3 pontos, 1 a 5 V cc ou 4 a 20 mA cc) 5. funções seqüenciais 6. display de dados 7. manipulação de até 10 pontos de status I/O, cada um definido pelo usuário como entrada ou saída. 8. teclas de função programáveis (4) na frente do painel para controlar a partida das seqüências. 9. lâmpadas associadas (4) para indicar o progresso da seqüência ou servir como cursor. 10. cerca de 43 funções computacionais. 7.10
  • 146. Instrumentação Inteligente respectivo protocolo. Algum dia isto3. Transmissores inteligentes será resolvido. 2. Todos os instrumentos de medição3.1. Introdução industriais contem componentes como A evolução no projeto de foles, diafragmas e elos que exibemtransmissores tem sido influenciada, por comportamento não linear ou cujoum lado, pelas exigências dos usuários comportamento pode ser alterado porpor melhor desempenho acoplado com variações de temperatura, umidade,custo de propriedade reduzido e, por pressão, vibração, alimentação ououtro lado, pelos desenvolvimentos que outros efeitos externos. Em outrosocorreram nas tecnologias adjacentes, casos, os efeitos não linearesmicroeletrônica, ciência dos materiais e aparecem por causa dos princípios detecnologias de comunicação. Os avanços medição, como a medição de vazãomais significativos resultaram do com placa de orifício. A estratégia, atéaparecimento de microprocessadores de hoje, era usar outros instrumentosbaixo consumo de potência e de para compensar estes efeitos.conversores analógico-digital (A/D) que, Como os instrumentos inteligentesjunto com os circuitos sensores básicos, possuem uma grande capacidadepodem funcionar com potência limitada computacional, estas compensações,(tipicamente menor que 40 mW) correções e linearizações são maisdisponível em um transmissor facilmente conseguidas através deconvencional de 4 a 20 mA cc. circuitos embutidos no Nos anos 1980s, estes instrumentos microprocessador.microprocessador foram chamados de 3. Além de transmitir a informação, ointeligentes. Este é outro de muitos transmissor inteligente pode tambémexemplos de nomes escolhidos ouvir. Um benefício prático disto é emestupidamente para instrumentos de verificação de pré-partida. Da sala deprocesso. Não há nada particularmente controle, o instrumentista podeinteligente nos instrumentos inteligentes. perguntar ao transmissor que está noPorém, eles possuem características campo qual é o seu número deacima e além das de seus predecessores identificação.e estas capacidades devem ser 4. Possibilitando a inclusão de umentendidas. A capacidade adicional segundo sensor, de modo que ostornou-se possível pelo desenvolvimento efeitos secundários do sensordo admirável microprocessador e a sua principal possam ser compensados.inclusão nos instrumentos de medição. 5. Um transmissor inteligente pode terIsto significa que um transmissor sua faixa de calibração facilmenteinteligente possui um pequeno alterada através de comandos decomputador em seu interior que reprogramação em vez de ter ajustesgeralmente lhe dá a habilidade de fazer, mecânicos locais. Na medição deentre várias outras, duas coisas vazão com placa de orifício, asprincipais: verificações de zero do instrumento1. modificar sua saída para compensar requerem a abertura e fechamento os efeitos de erros das válvulas do distribuidor no2. ser interrogado pelo instrumento transmissor. receptor da malha. 3.2. Transmissor smart e As capacidades peculiares dos inteligenteinstrumentos inteligentes são:1. habilidade de transmitir medições do Para diferenciar o transmissor processo, usando um sinal digital que convencional daqueles em que são é inerentemente um método mais aplicadas correções no sinal do sensor preciso do que o sinal analógico. O primário, usando um microprocessador principal obstáculo é a falta de para manipular a informação que está padronização deste sinal digital e seu incorporada na memória ou daqueles em que um microprocessador é usado em 7.11
  • 147. Instrumentação Inteligente conjunto com um sensor secundário para tipo, número de série, tag de derivar correções para o sinal do sensor identificação, sejam armazenados no primário, usa-se o termo smart (sabido). transmissor e acessados através da malha de medição em que o transmissor está instalado. Outras funções, tais como Memória ajuste ou reajuste de zero e largura de falha, detalhes da localização e aplicação e rotinas de diagnóstico para dar aviso de mau funcionamento também podem ser Sensor Conversor Micro Conversor 4 a 20 mA implementados. O termo inteligente tem processador A/D D/A sido usado para identificar tais transmissores. Uma evolução adicional que está Componentes de um transmissor smart sendo atualmente usada é a multiplexação das saídas do transmissor Memória em um circuito ou fieldbus, em vez de ligação dos transmissores através de circuitos individuais para a sala de 1o sensor controle. Para o conceito realizar seu Conversor Micro Conversor 4 a 20 mA processador potencial pleno, é necessária uma norma 2o sensor A/D D/A internacional para garantir que os transmissores de diferentes fabricantes sejam intercambiáveis e interoperáveis. Fig. 7.9. Componentes de um transmissor smart Intercambiável significa que um com sensor secundário transmissor de um fabricante pode ser substituído por um transmissor de outro fabricante sem qualquer alteração no Memória sistema. Interoperável significa que um transmissor de um fabricante pode ser1o sensor usado para substituir um transmissor de Conversor Micro Conversor 4 a 20 mA outro fabricante mas alguma A/D processador D/A reconfiguração do sistema é necessária.2o sensor Desde 1985 tem-se feito esforços para desenvolver uma única norma Sistema internacional, mas neste período, foram Comunicação desenvolvidas várias normas proprietárias e nacionais que competem Fig. 7.10. Componentes de um transmissor smart e atrapalham o aparecimento da nova e inteligente com uma facilidade de comunicação norma internacional. 3.3. Terminologia O fato de se incorporar um Há uma falta de consistência na microprocessador em um transmissor terminologia usada para descrever os tem também fornecido uma oportunidade vários atributos e características destes para sair de um regime em que somente novos transmissores e portanto, no o sinal de medição é transferido do contexto deste trabalho são usadas as transmissor para um receptor, tal como seguintes interpretações: um controlador ou indicador ou Sensor registrador, para um em que o microprocessador não somente Dispositivo que converte um implementa as funções smarts parâmetro físico (por exemplo, pressão) mencionadas previamente, mas também em outro parâmetro (por exemplo, gerencia uma facilidade de comunicação. resistência elétrica). Isto possibilita que os dados específicos ao próprio transmissor, tais como seu 7.12
  • 148. Instrumentação Inteligente Sensor primário é o sensor que Fieldbusresponde principalmente ao parâmetro Meio de comunicação único, (e.g., parfísico a ser medido. de fio trançado, cabo coaxial ou fibra Sensor secundário é o sensor óptica), que transporta a informaçãomontado adjacente ao primário para (endereço, dados de controle e dados demedir o parâmetro físico que afeta de parâmetros do processo) entre ummodo indesejável a característica básica número de transmissores, atuadores,do sensor primário (por exemplo, os controladores, indicadores eefeitos da temperatura na medição de registradores.pressão). Genericamente, fieldbus é um meioTransmissor de comunicação de dispositivos de campo. Atualmente, há a Fieldbus Instrumento, geralmente montado no Foundation que gerencia a aplicação docampo, usado para sentir a variável do protocolo escífico chamado de Fieldbus.processo (e.g., temperatura) em umponto onde ele está montado e parafornecer um sinal padrão (por exemplo 4a 20 mA cc) que é uma função, 50geralmente linear, desta variável. 45 Transmissor smart é um transmissor 40 Delta Pem que é usado um sistema 35 Temperaturamicroprocessador para corrigir os erros 30 Pressãode não linearidade do sensor primário Outrosatravés da interpolação de dados de 25 Nívelcalibração mantidos na memória ou para 20 Densidadecompensar os efeitos de influência 15 Análisesecundários sobre o sensor primário 10incorporando um segundo sensor 5adjacente ao primário e interpolando 0dados de calibração armazenados dossensores primário e secundário. Transmissor inteligente é umtransmissor em que as funções de um Fig. 7.11 Estatística de transmissores de processosistema microprocessador sãocompartilhadas entre1. derivar o sinal de medição História primário, A faixa de sistemas de medição smart2. armazenar a informação referente hoje em uso cobre uma grande variedade ao transmissor em si, seus dados de de aplicações mas as que são aplicação e sua localização e simultaneamente smart e inteligente tem3. gerenciar um sistema de sido desenvolvidas especificamente para comunicação que possibilite uma uso em industrias de processo. Os tipos comunicação de duas vias e números relativos de medições de (transmissor para receptor e do processo variam de uma indústria para receptor para o transmissor), outra, mas a Fig. 7.11 mostra que as superposta sobre o mesmo circuito variáveis mais medidas são temperatura, que transporta o sinal de medição, a pressão e pressão diferencial para vazão comunicação sendo entre o e nível, densidade e análise. transmissor e qualquer unidade de O principal desenvolvimento de interface ligada em qualquer ponto de transmissores smart tem sido acesso na malha de medição ou na concentrado em transmissores de sala de controle. temperatura, pressão e pressão diferencial. Para os transmissores de temperatura, são armazenados em sua memória os dados referentes às curvas 7.13
  • 149. Instrumentação Inteligentecaracterísticas de vários tipos de acesso dos dados relativos à aplicação,termopares, resistência de platina e posição instalada e história do serviçooutros sensores, para interpolação pelo possam ser implementados. O termomicroprocessador através da faixa inteligente é usado para identificar oselecionada do transmissor. Para os transmissor com tais facilidades.transmissores de pressão e de pressão O conceito de transmissores que nãodiferencial, os dados de calibração apenas fornecem um sinal de medição,relativos aos sensores primário e mas são também capazes desecundário são armazenados na comunicação em dois sentidos sobre omemória para interpolação pelo mesmo circuito provoca:microprocessador através de toda faixa 1. necessidade de uma norma queselecionada do transmissor. Os possibilite transmissores de diferentestransmissores de pressão diferencial são fabricantes sejam intercambiáveis (talparticularmente importantes porque como hoje se faz com osmetade das medições de nível e dois transmissores convencionais de 4 aterços das medições de vazão são 20 mA cc)baseadas nesta medição, embora esta 2. necessidade de uma norma queúltima proporção esteja declinando. possibilite a exploração das O segundo desenvolvimento facilidades melhoradas.importante aparece dos benefícios 3. possibilidade de substituir os circuitospotenciais da possibilidade de individuais entre os transmissores e ascomunicação com um instrumento saídas de controle com umremoto através do mesmo circuito que barramento (highway) de dados. Otransporta o sinal de medição. Até então, termo fieldbus é usado para descrevernas indústrias de processo, os qualquer forma de barramento deinstrumentos eram considerados como dados que suporta a comunicaçãodispositivos que eram localizados em entre equipamentos de campo com aposições remotas e ligados por um par sala de controle.de fios trançado para o ponto onde o Um fieldbus tem muitas vantagenssinal de medição era necessário. A sobre o sistema convencional de 4 a 20tecnologia que possibilitava dois tipos de mA cc, como:informação a serem comunicadas sobre 1. reduzir os custos de fiação,o mesmo par de fios, sem interferência comissionamento e manutençãomútua, tem sido disponível, mas somente 2. aumentar a versatilidaderecentemente tem sido aplicada e 3. melhorar a funcionalidadeexplorada para medições de processo. Desde 1985 tem-se feito esforços Tendo desenvolvido transmissores para desenvolver uma única normaem que os microprocessadores são internacional, mas desde esta data,usados para melhorar o desempenho também foram desenvolvidas váriaspela linearização das características normas proprietárias e nacionais quebásicas do sensor ou pela compensação competem para se tornar a normadas influências secundárias, é uma predominante. A despeito desta situaçãoprogressão lógica adicionar mais confusa, a introdução de fieldbusmemória, de modo que outros dados, provavelmente provocará uma grandeespecíficos ao transmissor em si, tais melhoria e versatilidade nas indústrias decomo seu tipo, número de série, tag de controle, junto com as tecnologiasidentificação, sejam armazenados no adjacentes tais como processamento detransmissor. O microprocessador pode sinal, circuitos neurais, lógica fuzzy eser usado para controlar uma facilidade matrizes de sensores. Um dos primeirosde comunicação, de modo que a protocolos de comunicação de campo ainformação armazenada no transmissor ser explorado comercialmente compossa ser interrogada via circuito de sucesso foi o Protocolo de Comunicaçãomedição, em que ele está instalado e de Campo HART, desenvolvido pelaoutras funções, tais como ajuste e Rosemount.reajuste de zero e largura de faixa, 7.14
  • 150. Instrumentação Inteligente Um dos muitos problemas que progressos foram paralelos com osexistiram em grandes plantas de avanços dos microprocessadores deprocesso, é a variedade de transmissores baixo consumo de potência e osnecessários para satisfazer as exigências conversores analógico-digital (A/D). Umoperacionais e o conseqüente alto custo modo de reduzir o custo de fabricação éde suas peças de reposição. Esta reduzir o peso e tamanho dosvariedade é devida principalmente ao fato componentes.de os transmissores serem analógicoscom ajuste de faixas limitado, de modo 3.4. Propriedades e característicasque são necessários muitos sensores O uso da comunicação digitaldiferentes. A introdução de um segundo superposta ao sinal de medição 4 a 20sensor e o sistema de microprocessador mA não somente possibilita a vantagemaumentou grandemente a rangeabilidade de usar o desempenho melhorado dose precisão dos transmissores, de modo sensores mas também permite umaque as medições de pressão e de grande faixa de informação a ser extraídapressão diferencial podem ser feitas por do transmissor, sob pedido, e ajustesdois transmissores de cada tipo. feitos para o modo de operação. O padrão de transmissão atual de 4 a20 mA cc forneceu uma base excelentepara o desenvolvimento dainstrumentação de processo nos últimos30 anos. Suas vantagens incluem: 1. o sinal de medição não é afetado pelas variações de resistência da malha, 2. transmissores de diferentes fabricantes podem ser Fig. 7.12. Diagrama da saída de 4 a 20 mA intercambiáveis 3. dentro de grandes limites, podem ser inseridos instrumentos de Os atributos e características dos alarme, indicação, registro sem transmissores smart e inteligente são afetar a precisão da medição mostrados adiante, mas os detalhes 4. a potência necessária para podem diferir de uma fabricante para energizar o sensor e os circuitos outro, bem como de um tipo para outro condicionadores é fornecida com de transmissor. A maioria das zero vivo, que é detectora de falha. características ou atributos do Porém, a transmissão de 4 a 20 mA transmissor inteligente pode sercc tem a limitação de apenas comunicar endereçada de um terminal portátilo sinal de medição, que é transmitido do (handheld), chamado de comunicador outransmissor para a sala de controle. É um interface handheld ou de uma outrasistema de comunicação com um único interface da sala de controle.sentido. A influência dominante na evolução Linearização e caracterização dodos sistemas de medição de processo é sensora necessidade de reduzir o custo de A presença de memória e apropriedade. Custo de propriedade é o capacidade de computação nocusto do instrumento em si, mais os transmissor permitem o sinal sercustos de instalação, comissionamento, condicionado antes de ser transmitido.partida, calibração e manutenção Por exemplo, o sinal do sensor primáriosubseqüentes. Os desenvolvimentos nos pode ter uma relação não linearelementos sensores exploraram os conhecida com a variável medida. Osmétodos de CAD para melhorar as exemplos mais comuns são os sensorestecnologias de strain gauges com silício e de temperatura a termopar e a RTD e aa fabricação de microelementos sensores relação raiz quadrática entre a vazão e acapacitivos e ressonantes. Estes 7.15
  • 151. Instrumentação Inteligentepressão diferencial gerada pela placa de Medição em unidades de engenhariaorifício ou outro sensor gerador de Há vários modos de se conseguirpressão diferencial. Assim, a informação isso:da calibração real do transmissor pode 1. Ajuste do sinal de 4 a 20 mA cc.ser armazenada na memória e usada Usando os ajustes de zero e depara melhorar a precisão do sinal de largura de faixa, é possível conseguirsaída. que uma variação de 1 mA no sinal de Nos casos onde o sistema de saída corresponda a uma dadamedição compreende dois instrumentos variação na quantidade medida. Isto éseparados como um elemento sensor e particularmente útil em aproveitarum transmissor separado com a unidade registradores e indicadores existentes.de computação, as constantes do sensor 2. Comunicação digital. É geralmenteprimário entram na unidade de possível estabelecer o escalonamentocomputação do transmissor, de modo de um instrumento de modo que aque qualquer unidade pode ser trocada. variável medida (por exemplo, vazão) Além destas manipulações puramente mostrada no comunicador portátil oumatemáticas com os dados originais, no display do operador apareça emtambém podem ser feitas medições unidades desejadas ou especificadasinternas auxiliares em linha da pressão e da medida, com o símbolo da unidadetemperatura para permitir a correção da no SI (por exemplo, 7,5 kg/s). Istosaída dos efeitos destas quantidades pode ser estabelecidosobre o desempenho do transmissor. independentemente doEsta é uma atividade separada da escalonamento do sinal de 4 a 20 mAcorreção da medição resultante para cc e evita erros de cálculo pelovariações nas propriedades do fluido com operador quando convertea temperatura ou pressão, embora percentagens de vazão para unidadesalguns instrumentos possam permitir de engenharia.acesso a estas medições auxiliares sobre 3. Saídas de pulso para totalização.a linha de comunicação de modo que Muitos medidores de vazão têm aeles possam ser usados externamente opção de saída de pulso em umapara este objetivo. freqüência proporcional à vazão. O fornecimento de sinais linearizados Estes pulsos podem ser contadose corrigidos para um sistema de controle externamente ou no instrumento em sisignifica que não há necessidade de se para fornecer uma indicação da vazãofazer estas computações enfadonhas e o totalizada. O escalonamento destatipo de transmissor montado em um saída pode ser escolhido de modo quedeterminado local não tem importância o intervalo entre os pulsos representepara o sistema de controle, desde que se um volume ou massa específica dopossa assumir que o sinal recebido fluido. Esta característica é útil poissempre será linearmente representativo permite o uso de simples contadoresdo parâmetro do processo. para indicar o total e permite umaInclusão de funções de controle e freqüência de pulso conveniente sejaoutros algoritmos escolhida para os contadores eletromecânicos. Os microprocessadores usados em 4. Características de falha-segura. Todostransmissores smart ou inteligente são os medidores de vazão inteligentesmais do que capazes de fazer as fornecem algumas rotinas internas decomputações relativamente simples diagnóstico e identificam osenvolvidas no controle liga desliga ou PID problemas. Em alguns instrumentos,e alguns instrumentos fornecem esta pode ser possível especificar o quecaracterística. A sintonia da malha é feita aconteceu com a saída sob certasatravés da linha de comunicação. condições de falha, por exemplo, ir para 3,9 mA ou manter o último valor. 7.16
  • 152. Instrumentação Inteligente Área de risco Área segura ConfiguradorFig. 7.13. Transmissor inteligente (Foxboro) Há um medo generalizado de que Indicador opcionalestes instrumentos mais complexospossam falhar mais freqüentemente do Fig. 7.14. Instalação do transmissor inteligenteque os instrumentos analógicos similares. com barreira de segurança intrínseca (MTL)Porém, quando eles falham, muito maisinformação acerca da natureza da falha édisponível. Estes instrumentos Mais comumente, isto é usado paracomplexos têm sido disponíveis em permitir o mesmo instrumento ser usadosserviço para um período suficiente de para medir faixas estreitas ou largas etempo para estabelecer a vista que é tem especial importância quando amais próxima à realidade. característica de transferência do sensorAjuste de span e de zero é não linear, como na medição de vazão com placa de orifício. Esta característica permite o uso da Antes do advento dos transmissoresfaixa total do sinal de saída analógico inteligentes, um sistema de medição de(usualmente 4 a 20 mA cc) para uma vazão com placa de orifício, para umafaixa que é menor do que a faixa total de rangeabilidade de 20:1 podia requer trêsmedição do sensor primário. É transmissores de pressão diferencialusualmente empregada para alterar a convencionais, com superposição delargura de faixa sem alterar o zero, mas faixas. Um transmissor inteligente pode,um zero suprimido pode ser útil quando a hoje, fornecer as mesmas saídasvariável de processo deve ser controlada analógicas mas com comunicação digitalrigorosamente em torno de um valor do ajuste de faixa. Em geral, estaespecificado e não há interesse nos característica é somente necessária sevalores da variável do processo fora uma saída analógica é necessária, desdedesta faixa estreita. Obtém se um que uma representação digital dacontrole melhor por causa dos erros de pressão diferencial é também disponívelruído e de quantização na saída irão do transmissor e ela não requer nenhumrepresentar menores alterações na ajuste de zero ou de span. Um resultadovariável. importante desta versatilidade que se aplica a todos os transmissores inteligentes é que um modelo pode ser configurado para tratar de uma grande faixa de aplicações de modo que poucos tipos e faixas de transmissores devem ser mantidos como reservas em uma planta de processo. 7.17
  • 153. Instrumentação Inteligente 4. variável principal correspondendo a 4 a 20 mA cc 5. número de tag de identificação na planta 6. materiais de construção das partes molhadas 7. número de revisão do software 8. data da última calibração. A habilidade de chamar esta Fig. 7.15. Ligação do transmissor em uma informação ajuda em manter atualizado omalha de medição (Fisher - Rosemount) programa de manutenção da instrumentação da planta, que pode ser verificado por questões reais para garantir que tipo, faixa do equipamentoAjuste de amortecimento, tempo de montado na planta está em linha com osreposta e constante de tempo registros da planta bem como com as Muitos transmissores fornecem necessidades operacionais. Algumasseleção de amortecimento, constante de destas informações de status, tais comotempo e tempo de resposta para permitir número do modelo, serial e materiais deflutuações da variável medida ou redução construção, onde isto é crítico, sãodo ruído eletrônico no sinal de saída. permanentes. Outros detalhes sãoMuitos fabricantes usam um filtro que entrados ou modificados quando opode ser representado por um simples transmissor é instalado ou removido doatraso, mas alguns usam um filtro serviço.adaptativo com diferentes respostas para A informação de diagnóstico évariações pequenas e grandes. relacionada com a operação real do A seleção de uma grande constante transmissor e se altera muito maisde tempo produz um sinal de medição freqüentemente. Algumas rotinas delento e suave mas pode mascarar os diagnostico evitam a entrada dedistúrbios de instabilidade na variável de informação discrepante de configuraçãoprocesso. Quando o sinal de medição (por exemplo, o valor medidoestá sendo usado como entrada para correspondente a 4 mA ser maior do queuma malha de controle de vazão, uma o 20 mA). Outras informações avisamgrande constante de tempo pode tornar a situações inesperadas, tais como vazãosintonia da malha mais difícil. Variando a reversa e outras podem reportar falhasconstante de tempo certamente afeta a internas nos circuitos eletrônicos, taissintonia e resulta em controle ruim ou como falha de escrever em um local deinstabilidade. memória.Rotinas de diagnóstico e status Muitas destas rotinas rodam Há dois tipos de informação, um continuamente e estabelecem avisosrelacionado com o status normal do assim que aparece uma falha. Outrosinstrumento e o outro fornece diagnose podem requer ação do operador node falha ou condição anormal do comunicador Portátil ou na interface daprocesso. Ambos são de interesse da sala de controle, tornando possível amanutenção da planta e devem ser verificação da operação do transmissorconsiderados juntos. sem deixar a sala de controle. Exemplos de informação do statuspodem ser: 1. modelo e número de série do transmissor 2. variável principal e unidade de engenharia 3. faixa e constante de tempo de amortecimento do transmissor 7.18
  • 154. Instrumentação Inteligente rádios foram usados para construir o4. Instrumentação virtual primeiro instrumento eletrônico. A tecnologia do display da televisão foi4.1. Definição usada em osciloscópios e analisadores. Um instrumento virtual é definido Hoje, os computadores pessoaiscomo contribuem para a computação de alto desempenho, display, captura e Uma camada de software, hardware armazenamento de dados. ou de ambos, colocada em um Os instrumentos também evoluíram computador de uso geral de modo que em termos de flexibilidade e grau de o usuário possa interagir com o integração aos sistemas. A primeira computador como se fosse um geração de instrumentos era de instrumento eletrônico tradicional instrumentos analógicos, manualmente projetado pelo próprio usuário. controlados de seu painel frontal. As Do ponto de vista do usuário, é muito medições deste tipo de instrumentodifícil ver rapidamente as diferenças entre deviam ser registradas manualmente. Oos pacotes de software. O que se vê na usuário não tinha flexibilidade no projetotela do computador não dá da interface ou na capacidade daimediatamente um entendimento da medição.filosofia de base. Diferente de umhardware, em que se pode abrir a caixa eolhar dentro, a arquitetura no software éabstrata e n&#